Τεχνολογίες Πόσιμου Νερού - PDF

Τεχνολογίες που αφορούν την νομοθεσία για το πόσιμο νερό ΙΙ Διάλεξη 2: Τεχνολογίες Επεξεργασίας Πόσιμου Νερού Καθηγητής ΔΠΘ Π. Μελίδης Μέσο επικοινωνίας: Τηλέφωνο 25410 79372 ή skype: pmelidis  Περίγραμμα μαθήματος Η Σημασία του πόσιμου νερού Μέθοδοι επεξεργ...

Τεχνολογίες που αφορούν την νομοθεσία για το πόσιμο νερό ΙΙ Διάλεξη 2: Τεχνολογίες Επεξεργασίας Πόσιμου Νερού Καθηγητής ΔΠΘ Π. Μελίδης Μέσο επικοινωνίας: Τηλέφωνο 25410 79372 ή skype: pmelidis  Περίγραμμα μαθήματος Η Σημασία του πόσιμου νερού Μέθοδοι επεξεργασίας πόσιμου νερού Απομάκρυνση αιωρουμένων στερεών Κροκίδωση - Συσσωμάτωση Διήθηση Ιοντοεναλλαγή Οξείδωση Απολύμανση Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Η Σημασία του πόσιμου νερού 1. Χωρίς νερό δεν υπάρχει ζωή, το νερό είναι ένα πολύτιμο αγαθό, χωρίς το οποίο δεν μπορεί να ζήσει ο άνθρωπος. 2. Τα αποθέματα του πόσιμου νερού δεν είναι ατελείωτα και γι αυτό θα πρέπει να τα προσέχουμε ιδιαίτερα, να τα διαχειριζόμαστε με σύνεση και αν είναι δυνατόν να τα αυξήσουμε. 3. Η ρύπανση των νερών σημαίνει ανεπανόρθωτη ζημία για τον άνθρωπο και τους ζώντες οργανισμούς. 4. Η ποιότητα του νερού θα πρέπει να εγγυάται την υγεία του πληθυσμού και να εκπληρώνει της ανάγκες για τις οποίες έχει επιλεγεί 5. Το χρησιμοποιημένο νερό θα πρέπει να επιστρέφεται στους ποταμούς και ταμιευτήρες σε κατάσταση που δεν θα απαγορεύει την δημόσια και ιδιωτική χρήση του. Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Η Σημασία του πόσιμου νερού 6. Η προστασία των νερών απαιτεί την εξειδικευμένη έρευνα, την εκπαίδευση ειδικών και την ενημέρωση των πολιτών. 7. Κάθε άνθρωπος έχει την υποχρέωση να χρησιμοποιεί το νερό οικονομικά και με επιμέλεια για το καλό όλων. 8. Προγράμματα οικονομίας νερού θα πρέπει να εκπονούνται σύμφωνα με τα φυσικά αποθέματα νερού και λιγότερο με απαιτήσεις της πολιτικής και τεχνικής διαχείρισης. 9. Το νερό δεν γνωρίζει σύνορα και η διαχείριση του απαιτεί διεθνή συνεργασία Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Μέθοδοι επεξεργασίας πόσιμου νερού Μορφές ρύπων νερού Ρυπαντές του νερού Φυσικοί Χημικοί Βιολογικοί Διαλυμένοι Αιωρούμενοι Οργανικοί Ανόργανοι Φυτικοί Ζωικοί Πρωτόζωα Χονδροί Λεπτοί Κολλοειδής Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Μέθοδοι επεξεργασίας πόσιμου νερού Κατηγορίες επεξεργασίας νερών Κατηγορία Περιγραφή Προέλευση Α Καμία επεξεργασία Μερικά νερά γεωτρήσεων Περιστασιακά νερά υψιπέδων Β Μόνο απολύμανση Μερικά νερά γεωτρήσεων Περιστασιακά νερά υψιπέδων Γ Κλασική επεξεργασία Νερά ποταμών χαμηλών περιοχών νερού και ταμιευτήρων Δ Ειδική επεξεργασία νερού Από αγροτικές περιοχές (Fe, και Mn) απομάκρυνση χρώματος Απομάκ. Ιχνοστοιχείων Βιομηχανικά νερά Απομάκρυνση φυκιών Απομάκρυνση οργανικών Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης Κατηγορίες Υπόγειο νερό Τυπική επεξ. νερού Ειδική επεξ. νερού επεξεργασίας Κατηγορία Β Κατηγορία Γ Κατηγορία Δ Εισαγωγή Εισαγωγή Εισαγωγή Προεπεξεργασία Χονδρή σχάρα Εσχάρωση Λεπτή σχάρα Άντληση Άντληση Αποθήκευση Αποθήκευση Εξισορρόπηση Εξισορρόπηση Εξουδετέρωση Εξουδετέρωση Αερισμός Αερισμός Αερισμός Αποσκλήρυνση Χημική προεπεξεργασία Απομάκρυνση φυκιών Α βάθμια επεξεργασία Κροκίδωση/ Κροκίδωση/ συσσωμάτωση συσσωμάτωση Καθίζηση Καθίζηση Β βάθμια επεξεργασία Διήθηση Διήθηση Απολύμανση Απολύμανση Απολύμανση Απολύμανση Προχωρημένη Προσρόφηση επεξεργασία Ενεργός άνθρακας Διαχωρισμοί μεμβρανών Απομάκρυνση Σιδήρου -μαγγανίου Απομάκρυνση αλογονομένων παραγώγων Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Μέθοδοι επεξεργασίας πόσιμου νερού Απαιτούμενη επεξεργασία για ειδικούς ρύπους Παράμετρος Επεξεργασία Επιπλέοντα στερεά Σχάρα για χοντρά και λεπτά στερεά Αιωρούμενα στερεά Μικροκόσκινα Φύκια Μικροκόσκινα, προχλωρίωση, προσρόφηση σε άνθρακα, γρήγορη διήθηση Θολότητα Κροκίδωση, καθίζηση, Υστεροχλωρίωση Χρώμα Κροκίδωση, συσσωμάτωση, διήθηση Οσμή, γεύση Ενεργός άνθρακας Σκληρότητα Συσσωμάτωση, διήθηση, αποσκλήρυνση με lime Σίδηρος, μαγγάνιο > 1mg/L Προχλωρίωση < 1mg/L Συσσωμάτωση, διήθηση, υστεροχλωρίωση Παθογόνοι μικροοργανισμοί/100 mL 100 Προχλωρίωση Συσσωμάτωση, διήθηση, υστεροχλωρίωση Ελεύθερη αμμωνία Υστεροχλωρίωση Προσρόφηση Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Απομάκρυνση αιωρουμένων στερεών Αιωρούμενα στερεά διαφορετικού μεγέθους και σύνθεσης παρουσιάζονται και δημιουργούν προβλήματα κυρίως σε επιφανειακά νερά. Πρέπει να κρατούνται μακριά από την ύδρευση κάτω από οποιεσδήποτε συνθήκες Εμφανίζονται με την μορφή ορατών ξένων σωμάτων όπως: 1. άμμος 2. φυτικά υπολείμματα Σύμφωνα με την πυκνότητα τους ταξινομούνται σε: 1. καθιζάνοντα, 2. αιωρούμενα ή 3. επιπλέοντα Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Απομάκρυνση αιωρουμένων στερεών Επίσης : 3. εμφανίζονται με την μορφή ορατής θολότητας (προκαλείται από σωματίδια κολλοειδούς μεγέθους και τα οποία μειώνουν την ορατότητα σε λιγότερο από ένα μέτρο) 4. εμφανίζονται με την μορφή λεπτοδιασκορπισμένων αιωρούμενων στερεών (τόσο μικρή συγκέντρωση που δεν είναι ορατή η ρύπανση, όμως με την πάροδο του χρόνου οδηγεί σε ρύπανση του δικτύου διανομής) Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης Απομάκρυνση αιωρουμένων στερεών-εσχάρες Μεγάλα επιπλέοντα υλικά αλλά και ψάρια που συναντώνται στην υδρομάστευση από ποταμούς, όπως φύλλα, χαρτιά, ξύλα κλπ διαχωρίζονται με την βοήθεια μηχανικών εσχάρων Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης Απομάκρυνση αιωρουμένων στερεών-εσχάρες Τυπικά κριτήρια σχεδιασμού για μηχανικά καθοριζόμενες εσχάρες ράβδων (Πηγή WEF, 1998) Μέγεθος Σχεδιαστικά κριτήρια Πλάτος ράβδου 5-15 mm Βάθος ράβδου 25-40 mm Καθαρός ενδιάμεσος χώρος μεταξύ των ράβδων 15-75 mm Κλίση 0-30 μοίρες Ταχύτητα προσέγγισης 0,6-1,0 m/s Επιτρεπόμενη απώλεια ύψους 150 mm Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης Απομάκρυνση αιωρουμένων στερεών-εσχάρες Συστήματα εσχαρών και διάτρητων καλαθιών για την απομάκρυνση μεγάλων αντικειμένων και ψαριών (ξεπλένεται με την αναστροφή του νερού όταν σταματά η αντλία) One Fish Engineering, Colorado Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης Απομάκρυνση αιωρουμένων στερεών-αμμοσυλέκτες Μικρά και μεγάλα ποτάμια που ρέουν γρήγορα συμπαρασύρουν ιδιαίτερα σε περιόδους υψηλής στάθμης άμμο. Απομακρύνεται με την κατασκευή ενός αμμοσυλλέκτη (εξαμμωτή) Ένας αμμοσυλέκτης τοποθετείτε συνήθως πριν από τις δεξαμενές καθίζησης και πολύ πριν τα αντλιοστάσια. Υπάρχουν βασικά τρεις διαφορετικοί τύποι αμμοσυλέκτη, της οριζόντιας ροής, του αεριζόμενου του τύπου δίνης. Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης Απομάκρυνση αιωρουμένων στερεών-οριζόντια ροή Κατά την διέλευση του νερού μέσα από την δεξαμενή αμμοσυλλογής οριζόντιας ροής , ρέει με οριζόντια ταχύτητα 0,3 m / s και τα σωματίδια προλαβαίνουν να καθιζάνουν πριν φτάσουν στο σημείο εξόδου. Απομακρύνονται σωματίδια με διάμετρο >0,21 mm H άμμος που κατακάθεται στον πυθμένα του θαλάμου αφαιρείται περιοδικά από το σύστημα. Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης Απομάκρυνση αιωρουμένων στερεών - αεριζόμενος αμμοσυλέκτης Αποτελείται από μία δεξαμενή αερισμού, που σχεδιάστηκε για τη δημιουργία μιας σπειροειδούς ροής του νερού καθώς κινείται μέσα στο θάλαμο. Με την ταχύτητα που δημιουργείται από την κίνηση του νερού, τα σωματίδια ορισμένου μεγέθους κατευθύνονται στο κώνο συλλογής στο κάτω μέρος. Απομακρύνονται με την βοήθεια αντλίας που βρίσκεται πάνω σε παλινδρομική γέφυρα Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης Απομάκρυνση αιωρουμένων στερεών - αεριζόμενος αμμοσυλέκτης Τυπικά κριτήρια σχεδιασμού για αεριζόμενους αμμοσυλέκτες (Πηγή WEF, 1998) Σχεδιάζονται για την απομάκρυνση σωματιδίων μεγαλύτερα από 0,21 mm Μέγεθος Σχεδιαστικά κριτήρια Παροχή αέρα (ανά μέτρο μήκους της δεξαμενής) 0,3-0,7 m3/m.min Ελάχιστος χρόνος παραμονής 2-3 min 25-40 mm Λόγος μήκους προς πλάτος 2,5:1 – 5:1 Η είσοδος και η έξοδος είναι τοποθετημένες ώστε η ροή να είναι κάθετη στην σπειροειδή κίνηση της άμμου Χρησιμοποιούνται διαφράγματα για την διάχυση της ενέργειας και ελαχιστοποίηση των βραχυκυκλωμάτων Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης Απομάκρυνση αιωρουμένων στερεών – αμμοσυλέκτης τύπου δίνης Η αμμοσυλλογή τύπου δίνης (vortex type grit chamber) λειτουργεί δημιουργώντας μια δίνη μέσα σε μια κυλινδρική δεξαμενή. Το νερό εισέρχεται εφαπτομενικά και η φυγόκεντρος δύναμη οδηγεί την άμμο προς τα κάτω ενώ το νερό απαλλαγμένο από αυτή πορεύεται επάνω και έξω. Η άμμος απομακρύνεται με την βοήθεια νερού Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης Απομάκρυνση αιωρουμένων στερεών – αμμοσυλέκτης τύπου δίνης Σχέδιο ενός συστήματος εσχάρωσης και αμμοσυλέκτη τύπου δίνης Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Απομάκρυνση αιωρουμένων στερεών-κόσκινα Για το μικρό μέρος λεπτού άμμου είναι αναγκαίο ένα κόσκινο το οποίο θα συνδυασθεί με τον εξαμμωτή ή θα τον αντικαταστήσει πλήρως Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Απομάκρυνση αιωρουμένων στερεών Νερά πολύ επιβαρημένων ποταμών με πάνω από 500 mg/L ΑΣ είναι δυνατόν να επεξεργασθούν μόνο με σύνθετες μεθόδους που αποτελούνται από κροκίδωση, καθίζηση και διήθηση Εφαρμόζοντας ισχυρές μέθοδους κατακρήμνισης π.χ. σε ΔΚ κεκλιμένων πλακών ή/και με ανακυκλοφορία της ιλύος αποφεύγουμε την διήθηση γρήγορης ροής (που ακολουθεί κατά κανόνα) και μπορεί να εφαρμοσθεί άμεσα διήθηση αργής ροής (παρουσιάζει το πλεονέκτημα της βιολογικής δράσης) Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Απομάκρυνση αιωρουμένων στερεών ΑΣ μικρότερα από 0,001 mm δεν συμπεριφέρονται ως στερεά αλλά ως κολλοειδή που προκαλούν στο νερό θολότητα, ιριδισμό, και χρώμα Επίσης σύμφωνα με το είδος προκαλούν και την οξειδωσιμότητα Απομακρύνονται πλήρως μόνο με εντατική κροκίδωση Η υψηλή δόση του κροκιδωτικού 10-100 mg/L απαιτεί ακόλουθη επεξεργασία: 1. καθίζηση σε δεξαμενές επαφής λάσπης 2. διήθηση του νερού (Η διαδικασία αυτή αντιστοιχεί στις κλασικές μεθόδους απ’ ευθείας επεξεργασίας επιφανειακού νερού) Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Απομάκρυνση αιωρουμένων στερεών Απομάκρυνση στερεών - ανασκόπηση Στερεό Συγκέντρωση Μέθοδος Δόση d mm g/m3 g/m3 Επιπλέοντα >10 Νa+ (σε συγκέντρωση 10-3:10-2:1) Δεν επαρκεί από μόνος του Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Κροκίδωση - Συσσωμάτωση Προσρόφηση και εξουδετέρωση φορτίου (χημικοί δεσμοί) Στον μηχανισμό αυτό καθοριστικό ρόλο παίζει η φύση των κατιόντων που προκαλούν κροκίδωση των κολλοειδών Ο ιονισμός του θειικού αργιλίου στο νερό παράγει θειικά ανιόντα και κατιόντα αργιλίου. Τα κατιόντα αργιλίου συμμετέχουν σε αντιδράσεις υδρόλυσης και συμπλοκοποίησης και παράγουν πρωτόνια και μια σειρά συμπλόκων αργιλίου (θετικών και αρνητικών) και στερεό Al(OH)3. Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Κροκίδωση - Συσσωμάτωση Προσρόφηση και εξουδετέρωση φορτίου Από τα σχηματιζόμενα ιόντα αργιλίου, τα θετικά φορτισμένα καθίστανται μέρος της διπλής στοιβάδας, η οποία περιβάλει τα φυσικά κολλοειδή και εξουδετερώνουν το επιφανειακό αρνητικό τους φορτίο. Αυτό οδηγεί στην καταστροφή της διπλής στοιβάδας (ζ-δυανιμό) Αύξηση της δόσης επιφέρει την επανασταθεροποίηση του αιωρήματος. (οφείλεται στην δημιουργία θετικά φορτισμένων σωματιδίων, που προκύπτουν από την προσρόφηση περίσσειας θετικά φορτισμένων ιόντων του Al3+, και η διπλή στοιβάδα αποτελείται από ανιόντα) Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Κροκίδωση - Συσσωμάτωση Προσρόφηση και εξουδετέρωση φορτίου (χημικοί δεσμοί) Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Κροκίδωση - Συσσωμάτωση Παρασυρμός από ίζημα Όταν προστίθενται στο νερό άλατα αργιλίου και σιδήρου σε συγκεντρώσεις που έχουν ως αποτέλεσμα το σχηματισμό ιζημάτων των υδροξειδίων των μετάλλων αυτών (πχ Al(OH)3 ), τα κολλοειδή στερεά μπορεί να εγκλωβίζονται στα ιζήματα και να συγκαθιζάνουν. Αφαίρεση χαμηλής θολότητας και χρώματος στο νερό. Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Κροκίδωση - Συσσωμάτωση Διασωματιδιακή γεφύρωση Συχνά, επίσης χρησιμοποιούνται συνθετικοί πολυηλεκτρολύτες, είτε από μόνοι τους είτε σε συνδυασμό με άλατα αργιλίου και σιδήρου. Τα μεγαλομόρια (γραμμικά ή διακλαδισμένα) έχουν μεγάλη συγγένεια για τις επιφάνειες κολλοειδών και προσροφώνται σε αυτές. Τα οργανικά πολυμερή δε σχηματίζουν ίζημα Χρησιμοποιηθεί ως βοηθητικά της κροκίδωσης Ως μόνα κροκιδωτικά χρησιμοποιούνται στην επεξεργασία της άμεσης διήθησης, (δηλαδή χωρίς προηγούμενη καθίζηση) Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Κροκίδωση - Συσσωμάτωση Επανασταθεροποίηση Αύξηση της δόσης επιφέρει την επανασταθεροποίηση του αιωρήματος. (οφείλεται στην δημιουργία θετικά φορτισμένων σωματιδίων, που προκύπτουν από την προσρόφηση περίσσειας θετικά φορτισμένων ιόντων του Al3+, και η διπλή στοιβάδα αποτελείται από ανιόντα) Παράδειγμα αποτελεί η Δωδεκυλαμίνη (C12H25NH3+), τα υδρολυόμενα είδη του Al3+ και το πολυμερές βοηθητικό κροκίδωσης πολυακρύλαμίδιο (μη ιονικό) Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Κροκίδωση - Συσσωμάτωση Στάδια δημιουργίας συσσωματώματος Βήμα μεθόδου Οδηγίες Αποθήκευση, μεταφορά και διάλυση Σύμφωνα με τις οδηγίες του προμηθευτή του κροκιδοτικού 1. Δοσομέτρηση και ανάμιξη Γρήγορή και ομοιογενής διασκορπισμός του κροκιδοτικού, συνήθως είναι απαραίτητη η τυρβώδης ανάμιξη (Αναδευτήρας, ανάμιξη αγωγού, στατικός αναμίκτης) 2. Αποσταθεροποίηση Συνήθως εξελίσσεται ταυτόχρονα με την ανάμιξη και στον ίδιο χώρο. 3. Συσσωμάτωση σε μικρονιφάδες Συνήθως απαιτείται μεγάλη δύναμη διάτμησης δηλ προσφορά ενέργειας από τον αναδευτήρα 4. Συσσωμάτωση σε μεγάλες νιφάδες Αύξηση του μεγέθους των νιφάδων με ελάχιστη προσφορά ενέργειας. Πιθανόν πρόσθεση βοηθητικών υλικών κροκίδωσης 0,1 – 1 g/m3. Βελτιστοποίηση σύμφωνα με την μέθοδο διαχωρισμού. Διαχωρισμός των σχηματισθέντων νιφάδων Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Κροκίδωση - Συσσωμάτωση Τα βήματα της μεθόδου της κροκίδωσης και του διαχωρισμού μπορούν να εξελίσσονται στην ίδια μονάδα ή και σε διαφορετικές Τις μικρότερες απαιτήσεις, βέβαια σε μικρή φόρτιση, απαιτεί η διήθηση – κροκίδωση με την δημιουργία των νιφάδων στο χώρα πάνω από το φίλτρο και ακόμα πιο καλά στο ίδιο το στρώμα του φίλτρου. Ο σχεδιασμός, η μέτρηση και βελτιστοποίηση εγκαταστάσεων κροκίδωσης απαιτούν σχεδόν πάντα πειράματα σε πιλοτικές μονάδες και στην ίδια την μονάδα, διότι : 1. Το είδος και η ποσότητα των κροκιδωτικών, 2. Το κατάλληλο pH, 3. Η θέση δοσομέτρησης, ο χρόνος παραμονής κλπ πρέπει να ρυθμιστούν βάση της ποιότητας του νερού προς επεξεργασία, την μέθοδο διαχωρισμού, και το τελικό αποτέλεσμα της κατεργασίας. Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Κροκίδωση - Συσσωμάτωση Πρακτική της χημικής ιζηματοποίησης Ακολουθεί τα τρία παρακάτω στάδια: α) Ταχεία ανάμιξη Είναι αναγκαία για την διάδοση του ιζήματος διαμέσου του νερού ώστε να επέλθει η αναγκαία επαφή. Ο χρόνος ανάμιξης είναι μικρός, κυμαίνεται από 10-13 s. Ο αναμικτήρας αποτελείται από μια δεξαμενή με αναδευτήρα. β) Θρόμβωση Η αντίδραση της χημικής ένωσης με την αλκαλικότητα του νερού είναι πρακτικά στιγμιαία. γ) Συσσωμάτωση Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Κροκίδωση - Συσσωμάτωση Πρακτική της συσσωμάτωσης Το αρχικά σχηματισμένο ίζημα είναι με μοριακές διαστάσεις. Στην συνέχεια τα σωματίδια αυξάνουν σε διαστάσεις με την κίνηση Brown και μετατρέπονται σε κρυστάλλους. Η λειτουργία αυτή συμπληρώνεται γρήγορα (σε μερικά δευτερόλεπτα). Η ταχύτητα συσσωμάτωσης οφείλεται στην κίνηση ενός σημείου του υγρού και είναι απευθείας ανάλογη προς την περιεκτικότητα και την ταχύτητα των συσσωματούμενων υλικών στο συγκεκριμένο σημείο. Η ταχύτητα συσσωμάτωσης προσδιορίζεται από τον αριθμό των επαφών μεταξύ των σωματιδίων στην μονάδα του χρόνου. Περικινητική συσσωμάτωση έχουμε όταν οι συγκρούσεις προκαλούνται από την κίνηση Brown Είναι σημαντική στα σωματίδια που είναι μικρότερα από 1 μm Ο ρόλος της μηδενίζεται όταν η βαρύτητα του σωματιδίου καθορίζει την κίνηση του. Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Κροκίδωση - Συσσωμάτωση Πρακτική της συσσωμάτωσης Ορθοκινητική συσσωμάτωση έχουμε όταν οι συγκρούσεις προκαλούνται από την διαφορική κίνηση των στερών. 1. Αυτή μπορεί να οφείλεται στην βαρύτητα (διαφορική καθίζηση) ή 2. Στη διαφορική κίνηση τμημάτων του υγρού. Χαρακτηρηστικό μέγεθος που περιγράφει την διαφορική κίνηση είναι η μέση τιμή της βαθμίδας ταχύτητας G=dv/dy dv = διαφορά των ταχυτήτων μεταξύ δύο διαφορετικών σωματιδίων, dy = η μεταξύ τους απόσταση Το G είναι μία σημαντική παράμετρος για το σχεδιασμό συστημάτων ανάδευσης και σχετίζεται με την ισχύ που είναι απαραίτητη για την ανάδευση ανά μονάδα όγκου υγρού καθώς και με το δυναμικό ιξώδες του υγρού. Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Κροκίδωση - Συσσωμάτωση Πρακτική της ορθοκινητικής συσσωμάτωσης Η G στις δεξαμενές συσσωμάτωση μπορεί να υπολογισθεί από την καταναλισκόμενη ισχύ. P G= V Όπου G = η κλίση της ταχύτητας, που είναι μέτρο διασκορπισμού ισχύος στη δεξαμενή ανάδευσης, (s-1) P = η ισχύς που μεταφέρεται και καταναλώνεται στην δεξαμενή ανάδευσης, (watt = N.m/s) V = ο όγκος της δεξαμενής ανάδευσης (m3) μ = το δυναμικό ιξώδες του νερού (N.s/m2) Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Κροκίδωση - Συσσωμάτωση Πρακτική της ορθοκινητικής συσσωμάτωσης Όταν η ανάδευση είναι υδραυλική η εξίσωση που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της διασκορπισμένης ισχύος είναι kg m m 3 kg.m m N.m J P = ρ.g.Q.hL ( 3 2 m= 2. = = = watt ) m s s s s s s Όπου P η διασκορπισμένη ισχύς (watt) ρ η πυκνότητα του νερού (Kg/m3) Q η παροχή του νερού (m3/s) hL οι υδραυλικές απώλειες (m) Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Κροκίδωση - Συσσωμάτωση Πρακτική της ορθοκινητικής συσσωμάτωσης 1. Η ταχύτητα σχηματισμού των θρόμβων είναι ανάλογος προς το μέγεθος της G. 2. Όσο μεγαλύτερη το G τόσο ταχύτερα γίνεται ο σχηματισμός αυτών. Δηλ. θα ήταν οικονομικό να αυξηθεί αυτή όσο το δυνατόν περισσότερο. 3. Παρόλα αυτά υπάρχει και ένα όριο της μέγιστης ταχύτητας που εξαρτάται από τις διαστάσεις των σωματιδίων. 4. Το ιξώδες ενός υγρού είναι ο σταθερός συντελεστής μεταξύ της μοναδιαίας διατμιτικής δύναμης τ και της ταχύτητας G. 5. Όσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα τόσο μεγαλύτερη είναι η διατμιτική δύναμης στο υγρό. Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης Κροκίδωση - Συσσωμάτωση Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης Κροκίδωση - Συσσωμάτωση Επεξεργασία επιφανειακού νερού ποταμού (Δούναβη) Α) Γραμμή προεπεξεργασίας Α) (ξεχωριστές δεξαμενές) και Β) κύρια μονάδα κροκίδωσης – συσσωμάτωσης (σε μία δεξαμενή). Β) Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Κροκίδωση - Συσσωμάτωση Παράμετροι λειτουργίας κατά τον διαχωρισμό των νιφάδων μετά την κροκίδωση Διαχωρισμός Επιθυμητές ιδιότητες Λειτουργικές παράμετροι νιφάδων νιφάδων Καθίζηση Συμπαγείς νιφάδες με G=50 μέχρι 100 1/s μεγάλη πυκνότητα Σε αντιδραστήρες με πολλά τμήματα, σταδιακή Μεγάλη μεσαία διάμετρος ενεργειακή είσοδος με G=10 μέχρι 30 1/s. Στο νιφάδων τελευταίο στάδιο l=30 min G.t = 90.000 μέχρι 180.000 Πλεονέκτημα με βοηθητικά κροκίδωσης Διήθηση Συμπαγείς νιφάδες G=40 - 60 1/s Μικρότερη μεσαία t=2 - 15 min διάμετρος G.t=15.000 - 25.000 Μικρή διασπορά μεγέθους Πλεονεκτήματα με βοηθητικά κροκίδωσης ιδίως των νιφάδων για οργανικές προσμίξεις Επίπλευση Νιφάδες μικρής πυκνότητας G=50 - 100 1/s Μεγάλη διασπορά μεγέθους Πλεονεκτήματα σε πολλαπλών σταδίων νιφάδων αντιδραστήρα. Δεν είναι αναγκαία η σταδιακή ενεργειακή είσοδος t=15 - 30 min G.t=50.000 - 100.000 Πλεονεκτήματα με βοηθητικά κροκίδωσης. Δοσομέτρηση πάνω από το ισοηλεκτρικό σημείο. Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Διήθηση Είναι μια φυσική διεργασία Χρησιμοποιείται για την απομάκρυνση αιωρούμενων στερεών από ρευστά Στην επεξεργασία του πόσιμου νερού εφαρμόζεται ανεξάρτητα ή συμπληρώνει τις διεργασίες κροκίδωση-συσσωμάτωση-διήθηση Καλείται να απομακρύνει τα μικρότερα σωματίδια Χρησιμοποιείται ένα πορώδες στρώμα ως διηθητικό υλικό (φίλτρο) Η ταξινόμηση των φίλτρων μπορεί να γίνει: 1) σύμφωνα με την ταχύτητα διήθησης σε αργά (χαμηλής ροής) και ταχέα (υψηλής ροής). 2) σύμφωνα με την πίεση σε ανοικτά (βαρύτητα) και κλειστά (πίεση) 3) σύμφωνα με την δομή σε ενός και πολλαπλών στρωμάτων Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Διήθηση Διακρίνουμε την διήθηση στρώματος (μέσω του διηθητικού υλικού) και την διήθηση πλακούντα (πάνω στην επιφάνεια) Στην επεξεργασία του ΠΝ εφαρμόζουμε την διήθηση στρώματος ή χώρου που διακρίνεται 1. Κλασική επεξεργασία (κροκίδωση-συσσωμάτωση-καθίζηση-διήθηση) 2. Απ’ ευθείας διήθηση (με ή χωρίς δεξαμενή κροκίδωσης/ανάμιξης) Εφαρμόζεται σε Μικρές θολότητες Χωρίς μεγάλες διακυμάνσεις στην ποιότητα Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Διήθηση Χαρακτηριστικά σωματιδίων που απομακρύνονται με την διήθηση Είδος Εύρος μεγέθους μm Πυκνότητα Ισχύς θρόμβου g/ml Θρόμβοι 0,5 – 1000  1,02 Μέση βακτηρίων Άλγη 1 – 200  1,05 Μέση Fe(OH)3 – 0,1 – 1000  1,01 Χαμηλή Al(OH)3 Fe2O3 0,1 – 50  5,2 Χαμηλή CaCO3 0,1 - 50  2,4 Χαμηλή Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Διήθηση Η διήθηση γίνεται με ταχύτητες από 5 – 25 m/h Συνήθως καθοδική ροή Τα στερεά απομακρύνονται από το νερό διότι συγκρατούνται και συσσωρεύονται στα διάκενα των κόκκων και στο επάνω μέρος του ΔΥ Η απόδοση του φίλτρου μεταβάλλεται κατά την λειτουργία, διότι οι αποθέσεις αλλάζουν την γεωμετρία των πόρων Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Διήθηση Κατά την διήθηση χώρου αρκετοί μηχανισμοί συνεισφέρουν στην απομάκρυνση όπως: Καθίζηση (sedimentation), Διάχυση (diffusion), Ανάσχεση (interception), Υδροδυναμικές δυνάμεις (hydrodynamic forces) Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Διήθηση υψηλής ροής Κατά την διήθηση επιφανειακών νερών όπως και μετά από την χημική κροκίδωση εφαρμόζονται ανοικτά (Α) ή κλειστά φίλτρα (Β) υψηλής ροής με πολλαπλές διαφορετικές στρώσεις υλικών Έτσι επιτυγχάνουν 1. μια καλύτερη εκμετάλλευση του χώρου 2. μακρύτερο διάστημα λειτουργίας 3. και αντίστοιχα υψηλότερη ταχύτητα. (Α) Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης (Β)  Διήθηση υψηλής ροής Φίλτρα υπό πίεση έχουν το πλεονέκτημα απέναντι στα ανοικτά, ότι 1. δεν έχουν καμία ανοιχτή επιφάνεια νερού 2. μεγάλο πάχος στρώματος, 3. υψηλότερες ταχύτητες 4. μακρύτερους χρόνους λειτουργίας Ελάττωμα τους είναι 1. ελλιπής οπτικός έλεγχος 2. μικρότερη επιφάνεια διύλισης Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Διήθηση υψηλής ροής Ανοικτά φίλτρα υψηλής ροής Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Διήθηση – Στοιχεία φίλτρου Το πλαίσιο του φίλτρου Σε ανοικτές μονάδες με τετραγωνική επιφάνεια (μέχρι 3 μέτρα πλάτος και 20 μέτρα μάκρος) από οπλισμένο σκυρόδεμα, σε κλειστά διυλιστήρια πίεσης με τις περισσότερες φορές κυκλική βάση (μέχρι 5 μέτρα διάμετρο) από στεγανό χαλύβδινο κύλινδρο με δυνατότητα εισόδου. Ο πυθμένας συνήθως από οπλισμένο σκυρόδεμα ή μεταλλική επιφάνεια με 64 μέχρι 90 διαχυτές / τετραγωνικό μέτρο. Κάτω από τον πυθμένα διύλισης βρίσκεται ο χώρος διύλισης. Οι διαχυτές πρέπει να αερίζονται αυτόματα ή να υπάρχει ειδική γραμμή εξαερισμού και οι οπές των διαχυτών να είναι 60-80 mm ώστε να κρατούν και την λεπτότερη άμμο. Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Διήθηση – Στοιχεία φίλτρου Πυθμένας με δίκτυο σωληνώσεων στράγγισης και κλίνη χαλικιών Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Διήθηση – Στοιχεία φίλτρου Πυθμένας με δίκτυο σωληνώσεων στράγγισης και κλίνη χαλικιών Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Διήθηση – Στοιχεία φίλτρου Πυθμένας με διάτρητες κεφαλές στράγγισης – λεπτομέρεια κεφαλής Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Διήθηση – Στοιχεία φίλτρου Υλικά διήθησης Η επιλογή τους εξαρτάται από την ποιότητα των υλικών που περιέχονται στο νερό και θέλουμε να απομακρύνουμε. Συνήθως είναι πυριτική άμμος και χαλίκι (υλικά φθηνά και με άριστες μηχανικές αντιστάσεις). Σε φίλτρα ενός στρώματος χρησιμοποιείται αποκλειστικά άμμος, Σε φίλτρα πολλαπλών στρωμάτων τοποθετείται άμμος στο κάτω μέρος σαν λεπτόκοκκο στρώμα πάνω στο οποίο τοποθετούνται πολλαπλά στρώματα από ειδικά ελαφρότερο υλικό όπως ανθρακίτης, χαλαζίας κλπ. Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Διήθηση – Στοιχεία φίλτρου Υλικά διήθησης Η ελαφρόπετρα (Basalt) έχει μεγαλύτερο κόστος αλλά και αποφέρει πολύ καλύτερα αποτελέσματα εξαιτίας της επιφανειακής της δομής. Για την απομάκρυνση οργανικών ιχνοστοιχείων π.χ. CKW, χρησιμοποιείται ενεργός άνθρακας ως υλικό διύλισης. Αλκαλικά υλικά διύλισης π.χ. δολομίτης, ορυκτό άσβεστος αντιδρούν χημικά με την περίσσεια το ανθρακικού οξέος και αποξινίζουν το νερό. Η ουσιαστική δράση διήθησης είναι εδώ δευτερεύουσας σημασίας και σε σχέση με τον σίδηρο μαγγάνιο και υλικά θολερότητας πολύ περιορισμένη. Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Διήθηση – Στοιχεία φίλτρου Υλικά διήθησης Συχνά ανάμεσα στο υλικό διήθησης και τον πυθμένα τοποθετείται ένα στρώμα μέχρι 40% παχύ από πολύ χονδρόκοκκο χαλίκι για να συγκρατεί το λεπτό υλικό διήθησης και να διαμορφώνει μια καλύτερη διασπορά κατά την αντίστροφη πλύση. Στην πράξη όμως δεν παραμένει σταθερή η θέση αυτού του στρώματος. Πάνω από το υλικό διήθησης πρέπει να υπάρχει αρκετός ελεύθερος χώρος μέχρι τον αύλακα πλύσης, ώστε να εξασφαλιστεί η απόπλυση του υλικού μαζί με την λάσπη. Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Διήθηση – Στοιχεία φίλτρου Υλικά διήθησης - Διαβαθμισμένη κλίνη χαλικιών Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Διήθηση – Στοιχεία φίλτρου Υλικά διήθησης Όλα τα υλικά διήθησης πρέπει να χρησιμοποιούνται βάση προδιαγραφών 1. παρόμοιες τάξεις κόκκων 2. ανομοιομορφία d60: d10 < 1,5 (ο έλεγχος πρέπει να γίνει με το κόσκινο), σε άλλη περίπτωση → θα μειωθεί η δυνατότητα αφομοίωση στερεών, → με αρνητική ταξινόμηση θα σχηματισθεί μια επιφανειακή διύλιση και → θα μειωθεί δραστικά ο χρόνος εργασίας του. Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Διήθηση – Στοιχεία φίλτρου Υλικά διήθησης Χαρακτηριστικά των συνηθέστερα χρησιμοποιούμενων υλικών διήθησης Υλικό Πυκνότητα Πορώδες κλίνης Σφαιρικότητα κόκκου E0 ψ g/cm3 Χαλαζιακή άμμος 2,65 0,42-0,47 0,7-0,8 Ανθρακίτης 1,4-1,7 0,56-0,60 0,46-0,6 Κοκκώδης ενεργ. άνθρακας 1,3-1,5 0,48-0,52 0,72-0,78 Γρανίτης 3,6-4,2 0,45-0,55 0,58-0,62 Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Διήθηση – Στοιχεία φίλτρου Υλικά διήθησης - Φυσικά χαρακτηριστικά Οι φυσικές ιδιότητες των διηθητικών μέσων επηρεάζουν άμεσα την απόδοση της διήθησης και είναι οι ακόλουθες: Το μέγεθος των κόκκων του διηθητικού μέσου Έχει σημαντική επίδραση στην απόδοση της διήθησης, Καθώς επίσης και στις απαιτήσεις για την αντίστροφη πλύση του. Χαρακτηρίζεται από 1. το πραγματικό μέγεθος (d10) 2. το συντελεστή ομοιομορφίας (d60/d10, κυμαίνεται μεταξύ 1,2 και 1,6 με μέγιστη τιμή το 1,8) Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Διήθηση – Στοιχεία φίλτρου Υλικά διήθησης - Φυσικά χαρακτηριστικά Το σχήμα των κόκκων χαρακτηρίζεται από τη σφαιρικότητα ψ, είναι ίση με το λόγο της επιφάνειας μιας σφαίρας ισοδύναμου όγκου προς την πραγματική επιφάνεια του κόκκου. Το σχήμα των κόκκων επηρεάζει την πτώση της πίεσης κατά την διήθηση. Οι μη σφαιρικοί κόκκοι δημιουργούν μικρότερη πτώση πίεσης από τους σφαιρικούς, διότι δημιουργούν μεγαλύτερες διόδους για το νερό Σχήμα Σφαιρικότητα ψ Συντελεστής σχήμα Τυπικό πορώδες Σφαιρικό 1,00 6,0 0,38 Κυλινδρικό 0,98 6,1 0,38 Φθαρμένο 0,94 6,4 0,39 Αιχμηρό 0,81 7,4 0,40 Γωνιώδες 0,78 7,7 0,43 Κονιοποιημένο 0,71 8,5 0,48 Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Διήθηση – Στοιχεία φίλτρου Υλικά διήθησης - Φυσικά χαρακτηριστικά Η πυκνότητα κόκκων επηρεάζει την απαιτούμενη ταχύτητα ροής για αντίστροφη πλύση της κλίνης , (κόκκοι με μεγαλύτερη πυκνότητα (και μέγεθος) απαιτούν μεγαλύτερη ταχύτητα ροής, ώστε να επιτευχθεί η ρευστοποίηση της κλίνης Η φαινομενική πυκνότητα είναι ένα μέτρο του όγκου που καταλαμβάνει μια δεδομένη μάζα διηθητικού υλικού στο νερό ή στον αέρα. Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Διήθηση – Στοιχεία φίλτρου Υλικά διήθησης - Φυσικά χαρακτηριστικά Το πορώδες Ισούται με το λόγο του όγκου του κενού χώρου της κλίνης προς τον ολικό όγκο της. Εξαρτάται από τη σφαιρικότητα και το μέγεθος των σωματιδίων. Επηρεάζει την πτώση της πίεσης κατά τη λειτουργία, το βαθμό συγκράτησης και την ποσότητα των αιωρούμενων στερεών, καθώς και την ταχύτητα ροής της αντίστροφης πλύσης Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Διήθηση – Στοιχεία φίλτρου Υλικά διήθησης - Φυσικά χαρακτηριστικά Χαρακτηριστικά κλινών άμμου για διάφορες εφαρμογές ταχείας διήθησης. Μέγεθος Βάθος mm m Άμμος για διήθηση μετά από θρόμβωση και 0,45 - 0,55 0,6 - 0,7 καθίζηση < 0,8 0,6 - 0,9 Άμμος για διήθηση Fe και Μn Άμμος χονδρή, που απαιτεί ταυτόχρονη χρήση νερού και αέρα κατά την πλύση, για διήθηση: 0,9-1,0 0,9-1,2 ✓ Μετά από θρόμβωση και καθίζηση 1,4 -1,6 1-2 ✓ Απευθείας 1-2 1,5 - 3 ✓ Απομάκρυνσης Fe και Μη Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Διήθηση – Χαρακτηρισμός και λειτουργία Ο χαρακτηρισμός των εγκαταστάσεων διήθησης απαιτεί την εύρεση των ακόλουθων παραμέτρων: 1. επιτρεπτή ταχύτητα διήθησης 2. αναγκαία επιφάνεια διήθησης, αριθμός των φίλτρων 3. Είδος του υλικού διήθησης, σκόπιμο μέγεθος κόκκων και τάξεις κόκκων 4. Ύψος στρώματος ποσότητα 5. Επιτρεπτός χρόνος διήθησης (εξαρτώμενος από την αντίσταση της διήθησης) Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Διήθηση – Χαρακτηρισμός και λειτουργία Επιπλέον πρέπει να μελετηθούν 6. το είδος και ο κύκλος της αντίστροφης πλύσης, 7. η ποσότητα του νερού πλύσης, 8. η απόδοση της αντλίας αερισμού και νερού πλύσης 9. οι κατασκευαστικές δεσμεύσεις για το ύψος του νερού υπερχείλισης και του ελεύθερου χώρου. Μερικές παράμετροι μπορούν να αλλαχθούν και αργότερα και να βελτιωθούν π.χ. ο χρόνος και η διάρκεια της αντίστροφης πλύσης, άλλες είναι αποκλειστικά σταθερές ή αλλάζουν με τεράστιο κόστος και εργασία. Π.χ. το μέγεθος του κόκκου του υλικού διήθησης Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Διήθηση – Υδραυλική του φίλτρου Πτώση πίεσης ή απώλεια ύψους Παρατηρείται από τα επίπεδα νερού σε μανομετρικούς σωλήνες ή αισθητήρες πίεσης σε διάφορα βάθη του φίλτρου Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Διήθηση – Υδραυλική του φίλτρου Πτώση πίεσης ή απώλεια ύψους Όταν δεν υπάρχει ροή η πτώση πίεσης από ένα σημείο σε ένα άλλο του στρώματος είναι μηδέν Η πίεση σε κάθε βάθος του στρώματος ισούται με τη στήλη του νερού πάνω από αυτό Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Διήθηση – Υδραυλική του φίλτρου Πτώση πίεσης ή απώλεια ύψους Όταν υπάρχει ροή προκαλείται πτώση πίεσης που οφείλεται στις αντιστάσεις λόγω τριβής κατά την διέλευση μέσα στο στρώμα του κοκκώδους υλικού και στην έξοδο του νερού από το σύστημα αποστράγγισης Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Διήθηση – Υδραυλική του φίλτρου Πτώση πίεσης ή απώλεια ύψους Η πτώση πίεσης εκφραζόμενη σε στήλη νερού είναι ίση με την κάθετη απόσταση μεταξύ της στάθμης του νερού πάνω από το φίλτρο και της στάθμης του νερού στους μανομετρικούς σωλήνες Όταν το φίλτρο είναι καθαρό η καμπύλη της πτώσης πίεσης με το βάθος είναι ευθεία (προϋπόθεση ομοιομορφίας κόκκων) Όταν γίνονται αποθέσεις η καμπύλη γίνεται εκθετική συνάρτηση Εξαρτάται από το σημείο του υπερχειλιστή του διηθημένου νερού Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Διήθηση – Υδραυλική του φίλτρου Γραφική παράσταση της αύξησης της αντίστασης του υλικού διήθησης (πτώση πίεσης) Πτώση πίεσης ή απώλεια ύψους Υλικό διήθησης πολύ λεπτόκοκκο. Λαμβάνει χώρα καθαρή διήθηση επιφάνειας. Υψηλή αύξησης πτώσης πίεσης. Μεγάλο ύψος του στρώματος παραμένει ανεκμετάλλευτο. Γρήγορος κορεσμός της υδραυλικής δυναμικότητας. Φραγμός του φίλτρου. Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Διήθηση – Υδραυλική του φίλτρου Γραφική παράσταση της αύξησης της αντίστασης του υλικού διήθησης (πτώση πίεσης) Πτώση πίεσης ή απώλεια ύψους Β) Υλικό διήθησης πολύ χοντρόκοκκο. Κακή ποιότητα απορροής. Ελάχιστη αύξηση πίεσης. Υδραυλική δυναμικότητα παραμένει ανεκμετάλλευτη. Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Διήθηση – Υδραυλική του φίλτρου Γραφική παράσταση της αύξησης της αντίστασης του υλικού διήθησης (πτώση πίεσης) Πτώση πίεσης ή απώλεια ύψους C) Βελτιστοποιημένη λειτουργία φίλτρου. Καλή εκμετάλλευση της υδραυλικής δυνατότητας και της διαθέσιμου ύψους στρώματος κλίνης. Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Διήθηση – Αντίστροφη πλύση Η διαδικασία της πλύσης είναι πολύ σημαντική για την απόδοση της μονάδας. Οι συνθήκες πλύσης θα πρέπει να διασφαλίσουν την πλήρη απομάκρυνση των συγκροτούμενων στερεών και να αποκλείσουν την στρωματοποίηση της κλίνης. Η αντίστροφη πλύση λαμβάνει χώρα όταν: 1. Η πτώση πίεσης κατά την λειτουργία έχει φθάσει τη διαθέσιμη πίεση ή ένα προκαθορισμένο όριο (2,5 - 3 μέτρα στήλης ύδατος, ΜΣΥ) 2. Η ποιότητα του κατεργασμένου νερού έχει υπερβεί το ανώτερο επιτρεπτό όριο 3. Έχει παρέλθει κάποιος προκαθορισμένος χρόνος από την προηγούμενη πλύση, που δεν πρέπει να υπερβαίνει τις 4 ημέρες Όταν έχουμε άριστες συνθήκες λειτουργίας τότε τα δύο πρώτα σημεία λαμβάνουν χώρα ταυτόχρονα. Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Διήθηση – Αντίστροφη πλύση Σχηματική παράσταση της απόδοσης και της πτώσης πίεσης μιας κλίνης κατά την διάρκεια του κύκλου διήθησης Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Διήθηση – Αντίστροφη πλύση Για την αποτελεσματική αντίστροφη πλύση απαιτείτε διόγκωση της κλίνης σε ποσοστό 15% - 30 %. Ο βαθμός διόγκωσης επηρεάζεται από διάφορες παραμέτρους, όπως είναι η ταχύτητα του νερού και η φύση του διηθητικού μέσου Σήμερα υπάρχουν συστήματα αυτόματης παρακολούθησης της ποιότητας του διηθημένου νερού και της πτώσης της πίεσης στο φίλτρο, δύο παραμέτρων που είναι βασικές για την λήξη του κύκλου διήθησης. Ένας κύκλος διήθησης διαρκεί 24 - 48 ώρες ανάλογα με το είδος των αιωρουμένων στερεών, την συγκέντρωση τους, την ταχύτητα και το διηθητικό υλικό που χρησιμοποιείται. Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Διήθηση – Αντίστροφη πλύση Η έκπλυση γίνεται κατά αντιρροή με καθαρό νερό, με υψηλές ταχύτητες (προκαλείτε μερική ή πλήρης ρευστοποίηση του στρώματος του διηθητικού υλικού και να είναι πιο εύκολη η αποκόλληση των αποθέσεων) Οι αποθέσεις απομακρύνονται με το νερό έκπλυσης, που μπορεί να αντιστοιχεί στο 2-6% της παραγωγής των φίλτρων. Υποβοήθηση της αποκόλλησης από τους κόκκους πολλές φορές με αέρα πριν τη διοχέτευση του νερού πλύσης. Διάρκεια της έκπλυσης: 5-10 λεπτών, μέχρι δηλαδή το νερό της έκπλυσης να αποκτήσει μια θολότητα της τάξης των 10 ΝTU. Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Διήθηση – Αντίστροφη πλύση Στα φίλτρα με ένα στρώμα δ. υλικού η κοινή πλύση Αέρα - νερού αποφέρει τα καλύτερα αποτελέσματα. Συνήθως με την ακόλουθη σειρά: 1. Ξεσήκωμα του στρώματος φίλτρου: περίπου 2 λεπτά αέρα με 60 - 90 m3/m2.h 2. Ξεκόλλημα των ακάθαρτων υλικών: περίπου 5 λεπτά αέρα και νερό (αέρα περίπου 60 m3/m2.h, νερό περίπου 10 m3/m2.h) 3. Ξέπλυμα των ακάθαρτων υλικών και τέλος αέρα: μέχρι 5 λεπτά νερό με ελάχιστο 10 - 20 m3/m2.h. Σε χονδρότερο και βαρύτερο υλικό διήθησης μπορούν οι ταχύτητες πλύσης να είναι και μεγαλύτερες, σε πολύ ελαφρύ υλικό αλά και σε ενεργό άνθρακα δεν εφαρμόζεται η ταυτόχρονη πλύση νερού / αέρα. Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Οξείδωση Η οξείδωση είναι απαραίτητη πρώτα απ’ όλα σε υπόγεια αναγωγικά νερά που αντλούνται από μεγάλο βάθος Επιφανειακά νερά φέρουν μαζί τους συχνά ουσίες που θα έπρεπε να οξειδωθούν. Η αναγκαιότητα της οξείδωσης του νερού αποδεικνύεται με την μέτρηση του διαλυμένου οξυγόνου (DO) ή του οξειδοαναγωγικού δυναμικού (Redox) → DO μικρότερο από 3 mg/L ή ΟΑΔ κάτω από +200mV μας υποδεικνύει την οξυγόνωση του νερού → Τιμές κάτω από 1 mg/L και +100 mV αντίστοιχα την καθιστούν αναγκαία. Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Οξείδωση Η απλούστερη μέθοδος οξείδωσης είναι η διάλυση ατμοσφαιρικού οξυγόνου με την μέθοδο της ανταλλαγής αερίων. Ως απόρροια της χαμηλής ειδικής πίεσης του οξυγόνου μπορούμε να εμπλουτίσουμε νερά με οξυγόνο σε ανοικτές εγκαταστάσεις και με περιορισμένο χρόνο επαφής μέχρι και 6 mg/L (σε κλειστές εγκαταστάσεις με συνθετικές πλάκες μέχρι και 10 mg/L). Το ΟΑΔ ανεβαίνει κάτω από αυτές τις συνθήκες στο ελάχιστο μέχρι +200 mV. Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Οξείδωση Αερισμός με πολλαπλές υδατοπτώσεις Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Οξείδωση Η μέθοδος αυτή μπορεί να οξειδώσει πολύ καλά και 1) δισθενή σίδηρο 2) Μαγγάνιο σε δυσδιάλυτα μεγαλύτερου σθένους υδροξείδια και να απομακρυνθούν ακολούθως με καθίζηση και διήθηση. 3) Για την οξείδωση υψηλών συγκεντρώσεων αμμωνίας σε νιτρικά απαιτείται η τριπλάσια ποσότητα σε οξυγόνο Αυτό επιτυγχάνεται με την συνεχή τροφοδοσία οξυγόνου, με πολλαπλό αερισμό ή στεγνή διήθηση ή ακόμα και με τεχνικό οξυγόνο από το οποίο μπορούν γρήγορα να διαλυθούν 20- 30 mg/L Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Οξείδωση Για την οξείδωση οργανικών ιχνοστοιχείων εφαρμόζονται ισχυρότερα οξειδωτικά μέσα, π.χ. 1) Όζον 2) υπεροξειδίου του υδρογόνου 3) υπεριώδους ακτινοβολίας (UV) 4) Ιδιαίτερα μεγάλη οξειδωτική δράση αναφέρεται στον συνδυασμό όζοντος (Ο3), υπεροξειδίου του υδρογόνου (Η2Ο2) και της υπεριώδους ακτινοβολίας (UV). (οφείλεται στην δημιουργία ελεύθερων ριζών υδροξυλίου (ΟΗ.) Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Οξείδωση Ο συνδυασμός Η2Ο2/Ο3 σε αναλογία 0,3 – 0,6 διασπά τα τρι- και τετρα- χλωροεθένια την ατραζίνη και την σιμαζίνη, το μονοχλωριωμένο οξικό οξύ και τις ενώσεις που προκαλούν οσμές Ο συνδυασμός Η2Ο2/ UV επιφέρει επίσης μια ικανοποιητική οξείδωση χουμικών ενώσεων (μείωση του φυσικού DOC). Για μεγάλες μονάδες επεξεργασίας νερού είναι κατάλληλος ο συνδυασμός Η2Ο2/Ο3 και για μικρές μονάδες ο συνδυασμός Η2Ο2/ UV ή Ο3/UV Η πρόσθεση χλωρίου (Cl2) για την οξείδωση οργανικών ενώσεων οδηγεί στην δημιουργία χλωριωμένων οργανικών ενώσεων και το διοξείδιο του χλωρίου (ClO2) οδηγεί πίσω στην επαναδημιουργία του τοξικού χλωριώδους ιόντος (ClO2-) Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Οξείδωση Μέθοδοι οξείδωσης και τα πεδία εφαρμογής τους Προέλευση του νερού Χαρακτηριστικά που θα g/m3 Μέθοδοι Ποσότητα πρέπει να καλυτερέψουν mV επιλογής g/m3 Υπόγειο νερό Συγκέντρωση οξυγόνου 0,5 Αερισμός + 10 διήθηση Αμμωνία και νιτρικά > 0,5 Οξυγόνο 30 Πολλαπλός 30 αερισμός 30 Ξηρή διήθηση Ιόντα μαγγανίου > 0,02 Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης ΚMnO4 και 1,0 (μαζί με ιόντα σίδηρο) (> 0,05) διήθηση  Οξείδωση Μέθοδοι οξείδωσης και τα πεδία εφαρμογής τους Προέλευση του νερού Χαρακτηριστικά που θα g/m3 Μέθοδοι επιλογής Ποσότητα πρέπει να καλυτερέψουν mV g/m3 Επιφανειακό νερό Συγκέντρωση οξυγόνου 10-2 Διοξείδιο του 0,2 χλωρίου 1,0 Οζόνωση Οξειδωσιμότητα >5 Οζόνωση και διήθηση Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Ιοντοεναλλαγή Απομάκρυνση ανεπιθύμητων κατιόντων και ανιόντων από το νερό Συνθετικά υλικά (ρητίνες) χρησιμοποιούνται ως μέσο ιοντοεναλλαγής ή προσρόφησης Η ρητίνη έχει προκορεσθεί με ιόντα τα οποία επιλεκτικά εναλλάσσει με ιόντα του νερού Η λειτουργία των ρητινών είναι διακοπτόμενη Η ρητίνη μετά τον κορεσμό της με το ανεπιθύμητο ιόν ή ιόντα αναγεννάτε Βρίσκει εφαρμογή κυρίως στην αποσκλήρυνση του νερού για βιομηχανική χρήση (τροφοδοσία νερού λέβητα για την παραγωγή ατμού) Τα ιόντα βαρίου και ραδίου είναι επίσης εύκολα ανταλλάξιμα και απομακρύνονται πάντα κατά την αποσκλήρυνση του νερού Ρητίνες ανιόντων εφαρμόζονται για την απομάκρυνση νιτρικών, αρσενικών και χρωμικών ανιόντων Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Ιοντοεναλλαγή-ισορροπία Οι ρητίνες δεν προσροφούν όλα τα ιόντα ισοδύναμα Η διαφοροποίηση εκφράζεται από 1) Συντελεστή διαχωρισμού, aij 2) Συντελεστή εκλεκτικότητας, Κij (για δυαδικά συστήματα) Η χρονική διάρκεια του κύκλου εναλλαγής καθορίζεται από την εκλεκτικότητα της προσρόφησης ενός ιόντος Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Ιοντοεναλλαγή-ισορροπία Σε μια απλή ανταλλαγή ιόντων μεταξύ χλωριόντων και νιτρικών Cl- + NO3- → NO3- + Cl- συντελεστής εκλεκτικότητας KN/Cl περιγραφεί την ισορροπία KN/Cl = [NO3-][Cl- ]/ [Cl- ][NO3- ] = qN*CCl/qCl*CN qN= η συγκέντρωση των νιτρικών στη φάση της ρητίνης, eq/L CN = η συγκέντρωση των νιτρικών στη υγρή φάση, eq/L qCl= η συγκέντρωση των χλωριόντων στη φάση της ρητίνης, eq/L CCl = η συγκέντρωση των χλωριόντων στη υγρή φάση, eq/L Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Ιοντοεναλλαγή-ισορροπία Σε μια απλή ανταλλαγή ιόντων μεταξύ χλωριόντων και νιτρικών Cl- + NO3- → NO3- + Cl- Ο συντελεστής δυαδικού διαχωρισμού aN/Cl μας περιγραφεί την ισορροπία ανταλλαγής στις ιοντοεναλλακτικές ρητίνες: a=κατανομή του ιόντος i μεταξύ των φάσεων / κατανομή του ιόντος j μεταξύ των φάσεων Με y = στερεά φάση της ρητίνης x = υγρή φάση του διαλύματος Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Ιοντοεναλλαγή-ισορροπία Για την περίπτωση των νιτρικών / χλωριόντων έχουμε: aN/Cl = yN/xN /yCl/xCl = yNxCl /xN yCl = (qN/q)(CCl/C) / (qCl/q)(CN /C) = qN*CCl/qCl*CN yN= ισοδύναμο κλάσμα των νιτρικών στη ρητίνη, qN/q yCl= ισοδύναμο κλάσμα των χλωριόντων στη ρητίνη, qCl/q xN = ισοδύναμο κλάσμα των νιτρικών στο νερό, CN/C xCl = ισοδύναμο κλάσμα των χλωριόντων στο νερό, CCl/C q = ολικό δυναμικό εναλλαγής ιόντων της ρητίνης, eq/L C = ολική ιονική συγκέντρωση του νερού, eq/L Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Ιοντοεναλλαγή-ισορροπία Για ένα σύστημα ομοιοσθενικής ανταλλαγής, ο συντελεστής διαχωρισμού και ο συντελεστής εκλεκτικότητας είναι ισοδύναμοι: aN/Cl = KN/Cl = qN*CCl/qCl*CN Όταν ο συντελεστής διαχωρισμού aN/Cl > 1 τότε το ιον (τα νιτρικά) θα συγκεντρώνεται στην στερεά φάση της ρητίνης αντικαθιστώντας τα χλωριόντα για να ικανοποιηθεί η ισορροπία. Στην περίπτωση όξινων ανθρακικών / χλωριόντων ο συντελεστής διαχωρισμού aHCO3/Cl < 1 και η ανταλλαγή δεν ευνοείται Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Ιοντοεναλλαγή-ισορροπία Ισόθερμες για την ανταλλαγή νιτρικών / χλωριόντων και ανταλλαγή όξινων ανθρακικών / χλωριόντων Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Ιοντοεναλλαγή-ισορροπία Όταν πρόκειται να ανταλλαχθούν ιόντα με διαφορετικά σθένη ο συντελεστής διαχωρισμού δεν είναι ίσος με τον συντελεστή εκλεκτικότητας Για παράδειγμα: 2Νa+ + Ca2+ ↔ Ca2+ + 2Νa+ KCa/Na = qCa*C2Na/q2Na*Cca κ αι aCa/Na = (qCa/q)(CNa/C) / (qNa/q)(CCa /C) = qCa*CNa/qNa*CCa επομένως aCa/Na = KCa/Na [(q/C)(xNa/yNa)] Δηλαδή: ο συντελεστής διαχωρισμού (aCa/Na) στις ανταλλαγές δισθενούς /μονοσθενούς εξαρτάται από την συγκέντρωση του διαλύματος C και από την αναλογία κατανομής xNa/yNa. Όσο μεγαλώνει η συγκ. του διαλύματος, μικραίνει ο συντελεστής διαχωρισμού και εκλεκτικότητα περιγράφει τη σειρά προτίμησης των ιόντων ως προς μία ρητίνη Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Ιοντοεναλλαγή-ισορροπία προτίμηση προσρόφησης Κατιόν ai/Na+ Ανιόν ai/Cl- Ra2+ 13 CrO42- 100 Ba2+ 5,8 SeO42- 17 Pb2+ 5 SO42- 9,1 Sr2+ 4,8 HSO4- 4,1 Cu2+ 2,6 NO3- 3,2 Ca2+ 1,9 Br- 2,3 Zn2+ 1,8 HAsO42- 1,5 Fe2+ 1,7 SeO32- 1,3 Mg2+ 1,67 HSO33- 1,2 K+ 1,76 NO2- 1,1 Mn2+ 1,6 Cl- 1 NH4+ 1,3 HCO3- 0,27 Na+ 1 CH3COO- 0,14 Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης- H+ 0,67 F 0,07  Ιοντοεναλλαγή-ισοθερμες Οι τιμές των συντελεστών διαχωρισμού και εκλεκτικότητας υπολογίζονται από σχεδιασμούς των ισορροπιών των συγκεντρώσεων των ιόντων στη ρητίνη και στο διάλυμα για σταθερή θερμοκρασία (ισόθερμες) Για ένα σύστημα ομοιοσθενικής ανταλλαγής, ο συντελεστής διαχωρισμού και ο συντελεστής εκλεκτικότητας είναι ισοδύναμοι: aN/Cl = KN/Cl = qN*CCl/qCl*CN Παράδειγμα 1 Τα νιτρικά έχουν υψηλότερες συγκεντρώσεις στην ρητίνη από το διάλυμα Η ρητίνη παρουσιάζει μεγαλύτερη εκλεκτικότητα για τα νιτρικά από τα χλωριόντα → Τα νιτρικά θα αντικαταστήσουν τα χλωριόντα Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Ιοντοεναλλαγή-ισοθερμες Για ένα σύστημα ομοιοσθενικής ανταλλαγής, ο συντελεστής διαχωρισμού και ο συντελεστής εκλεκτικότητας είναι ισοδύναμοι: aN/Cl=KHCO3/Cl=qHCO3*CCl/qCl*CHCO3 Παράδειγμα 2 Η ισόθερμη είναι περισσότερο ευνοϊκή για τα χλωριόντα έναντι των όξινων ανθρακικών → Τα όξινα ανθρακικά δεν μπορούν να αντικαταστήσουν τα χλωριόντα Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Ιοντοεναλλαγή-ισοθερμες Όταν έχουμε το σύστημα δισθενές/μονοσθενές η μεταβολή εξαρτάται από τη συγκέντρωση σ. διαχωρισμού = aCa/Na = σ. εκλεκτικότητας =KCa/Na [(q/C)(xNa/yNa)] Η ισόθερμη στην περίπτωση αυτή εξαρτάται από την ολική συγκέντρωση των ιόντων στην υγρή φάση C. Όταν μειώνεται η C, η ρητίνη παρουσιάζει μεγαλύτερη προτίμηση στο δισθενές ιόν. Όταν αυξάνει η C, μειώνεται ο συντελεστής διαχωρισμού και υπάρχει ένα σημείο πέρα από το οποίο αντιστρέφεται Αύξηση συγκέντρωσης η εκλεκτικότητα και η ρητίνη προσροφά μονοσθενές αντί δισθενές Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Ιοντοεναλλαγή-ισοθερμες Αυτό ακριβώς το φαινόμενο εκμεταλλευόμαστε κατά την αναγέννηση της ρητίνης με πυκνά διαλύματα (αντιστρέφουμε τον συντελεστή διαχωρισμού) Από το σχήμα παρατηρούμε ότι η ισόθερμη θειικών / χλωριόντων είναι ευνοϊκή για την αντικατάσταση των χλωριόντων από τα θειικά, όταν το διάλυμα είναι 0,06Ν και μη ευνοϊκή όταν είναι 0,6Ν. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται Ηλεκτροεκλεκτικότητα Καθώς αυξάνει η συγκέντρωση των διαλυμάτων η υγρή φάση γίνεται περισσότερο συντεταγμένη με αποτέλεσμα η ενεργότητα των πολυσθενικών να είναι σημαντικά μικρότερη της μονάδας Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Ιοντοεναλλαγή-υλικά Τα συστήματα ιοντοεναλλαγής πρέπει να εκπληρώνουν τις προδιαγραφές: 1. Η ρητίνη να περιέχει μια ή περισσότερες όξινες ή βασικές ρίζες 2. H-R, OH-R 3. HCO2-R – SO3H (Καρβοξυλική, θειώδης ) 4. Θα πρέπει να είναι αδιάλυτη στο νερό υπό κανονικές συνθήκες 5. Απαιτείτε μέγιστη δυνατή ομοιογένεια των κόκκων (ομοιομορφία, διάμετρος) για περιορισμό της απώλειας πίεσης Περιορισμοί 1. Περιορισμός στις συγκεντρώσεις ιόντων προς απομάκρυνση 2. Λειτουργία σε υγρή φάση 3. Δεν είναι φίλτρα 4. Παρουσία αερίων δημιουργεί προβλήματα 5. Οξειδωτικά καταστρέφουν την ρητίνη Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Ιοντοεναλλαγή-κατηγορίες Ρητίνες εναλλαγής κατιόντων Στο μόριο περιέχονται όξινες ρίζες, που συνδέονται με ανόργανα ή οργανικά κατιόντα Παράδειγμα: Καρβοξυλική (R-CO2H) ή θειώδης R– SO3H Ανταλλαγή ενός κατιόντος της ρητίνης π.χ. Νa+, H+, με άλλο του διαλύματος (Ca2+ , Mg2+ , Fe2+ , Νa+, ΝH4+): Ca2+ + Na2X (ή Η2Χ )↔ CaX + 2Νa+ (ή 2Η+ ) Η εξισώσεις είναι αντιστρέψιμες αυξάνοντας στο διάλυμα την συγκέντρωση του Νa+ ή Η+ (αναγέννηση) Παράγονται από τον συμπολυμερισμό του στυρενίου (VB) και διβινύλο- βενζολίου (DVB) Πρόκειται για χαλαρές δομές (διείσδυση μορίων για εναλλαγή) αλλά αδιάλυτες στο νερό. Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Ιοντοεναλλαγή-κατηγορίες Ρητίνες εναλλαγής κατιόντων Επεξεργασία της ρητίνης με H2SO4 σχηματίζει τις σουλφωνικές ομάδες Πρόκειται για Ισχυρώς Όξινους Εναλλάκτες Κατιόντων Αφαιρούνε από το νερό όλα τα κατιόντα σκληρότητας (Ca2+ , Mg2+ , Ba2+ , Sr2+ , ή Mn2+ ) που βρίσκονται στο νερό είτε ως ανθρακικά είτε ως χλωριόντα ή θειικά (μόνιμης σκληρότητας) Αναγέννηση με πυκνό διάλυμα HCl (R– SO3H) ή με NaCl (R– SO3Na) Οι ασθενώς όξινοι εναλλάκτες κατιόντων περιέχουν ως ενεργές ρίζες καρβοξυλικές ομάδες (-CO2H) Παρουσιάζουν παρόμοια οξύτητα με τα οργανικά οξέα, δεσμεύουν Ca2+ , Mg2+ κλπ που αντιστοιχούν σε όξινα ανθρακικά μόνο και απελευθερώνουν ανθρακικό οξύ Δεν μπορούν να δεσμεύσουν μόνιμη σκληρότητα διότι τα καρβοξύλια δεν ιονίζονται στο χαμηλό pH (pKa=4,8) Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Ιοντοεναλλαγή-κατηγορίες Ρητίνες εναλλαγής ανιόντων Ισχυρώς βασικοί εναλλάκτες ανιόντων Περιέχουν ως λειτουργικές ομάδες τεταρτοταγείς αμίνες (R-N+(R’,R’’,R’’’)) Παρακρατούν στο σύνολο τους τα ανιόντα όπως SO42-, Cl-, CO32-, SiO32-. Και μπορεί να μετατρέψει ουδέτερα άλατα σε βασικά ΝaCl + A(OH) ↔ ACl2 + 2ΝaOH Ασθενώς βασικοί εναλλάκτες ανιόντων Περιέχουν ως λειτουργικές ομάδες δευτεροταγείς και τριτοταγείς αμίνες (R- N(R’,R’’) (Η-N(R’,R’’) Απομακρύνουν μόνο ισχυρά οργανικά οξέα όπως HCl, H2SO4, HNO3, Δεν μπορούν να αποαμκρύνουν ασθενή CO2, SiO2 και οργανικά οξέα Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Ιοντοεναλλαγή-χρήσεις Το επιθυμητό αποτέλεσμα καθορίζει το είδος της ρητίνης Με τους σωστούς συνδυασμούς μπορούμε να παράξουμε πλήρως απιόνισμένο νερό ή να μειώσουμε την σκληρότητα απομακρύνοντας μόνο το ασβέστιο και μαγνήσιο Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης Ιοντοεναλλαγή-χρήσεις Το παραγόμενο νερό έχει σκληρότητα μηδέν Το pH και η αλκαλικότητα παραμένουν χωρίς Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης αλλαγή  Ιοντοεναλλαγή-χρήσεις Προηγείται επεξεργασία με υδράσβεστο και η αλκαλικότητα γίνεται μηδέν Κατόπιν γίνεται πλήρης αποσκλήρυνση Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης Ιοντοεναλλαγή-χρήσεις Απομάκρυνση ανθρακικών με καρβοξυλικές ρητίνες HR Η αλκαλικότητα είναι μηδέν, αλλά η σκληρότητα είναι TH-ΤAC. Η σκληρότητα είναι μηδέν όταν TH=TAC ή TH100 kwh/m3). Όλες οι παραπάνω μέθοδοι παρουσιάζουν πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Η επιλογή της κατάλληλης μεθόδους εξαρτάται από το είδος, την προέλευση, την ποσότητα και τις φυσικοχημικές ιδιότητες του νερού, την κατασκευή και κατάσταση του δικτύου διανομής. Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Απολύμανση - χλωρίωση Τα σπουδαιότερα πρόσθετα χλωρίου είναι το αέριο χλώριο, οι χλωραμίνες, το υποχλωριώδες νάτριο και το διοξείδιο του χλωρίου. Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Απολύμανση – χλωρίωση με αέριο Το αέριο χλώριο παρέχεται σε ανοξείδωτες μεταλλικές φιάλες υπό πίεση 40 bar. Με κατάλληλες βάνες και μανόμετρα μειώνεται η πίεση σε επίπεδα ατμοσφαιρικής, έτσι ώστε το αέριο χλώριο να αναρροφηθεί από μια μικρή ποσότητα νερού και να διαλυθεί. Αντιδρά αμέσως με το νερό και σχηματίζει υποχλωριόδες και υδροχλωρικό οξύ: (1) H2O + Cl2  HOCl + HCl Η ισορροπία του συστήματος είναι μετατοπισμένη πλήρως στην δεξιά πλευρά. Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Απολύμανση – χλωρίωση με αέριο Σε εξάρτηση από το pH του νερού, διασπάται σε υποχλωριόδες ανιόν: (2) HOCl  Η+ + OCl- Το υποχλωριόδες οξύ και το υποχλωριόδες ιόν αντιπροσωπεύουν το ελεύθερο υπολειμματικό χλώριο. Πειράματα έχουν δείξει ότι το αδιάστατο HOCl είναι το ισχυρότερο απολυμαντικό. Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Απολύμανση – χλωρίωση με αέριο Η δραστικότητα του υποχλωριόδους οξέος (HOCl) είναι 80 φορές μεγαλύτερη από αυτή του υποχλωριώδους ιόντος (OCl-). Σε pH 5, η συγκέντρωση του OCl- , αυξάνει μέχρι να γίνει 100% σε pH 10. Το καλύτερο πεδίο εφαρμογής της χλωρίωσης είναι από 6-8 pH. Free Available Chlorine (FAC)= ελεύθερο διαθέσιμο χλώριο Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης Απολύμανση – χλωρίωση με αέριο Αναπλ. Καθηγητής Π. Μελίδης  Απολύμανση – χλωρίωση με αέριο Το ελεύθερο διαθέσιμο χλώριο (ΕΔΧ) είναι κάθε υπολειπόμενο χλώριο που είναι διαθέσιμο, μετά την συμπλήρωση της απαίτησης σε χλώριο του νερού, διαθέσιμο να αντιδράσει με νέες πηγές βακτηρίων ή άλλων ρυπαντών. Είναι το σύνολο όλων των χημικών ειδών τα οποία περιλαμβάνουν ένα άτομο χλωρίου με σθένος 0 ή +1 και δεν είναι συνδεδεμένα με αμμωνία ή άλλο οργανικό άζωτο. Π.χ. μοριακό χλώριο (Cl2) Υποχλωριώδες οξύ (HOCl) Υποχλωριώδες ανιόν (OCl-)