Návrat na detail prednášky / Stiahnuť prednášku / Technická Univerzita Košice / Fakulta baníctva, ekológie, riadenia a geotechnológií / čistenie vôd

vody - skuska 35otazok Bugel (technologie_vody.doc)

1. Re kritérium + popísať - Kritérium umožňujúce odhadnúť druh prúdenia v nádrži je Reynoldsovo číslo nádrže

   Re = (d .v. ρ) / μ

v - stredna prietokova rýchlosť kvapaliny

ρ - hustota kvapaliny

μ - dynamicka viskozita vody

R - hydraulický polomer nadrze

2. Oblasti Re kritéria

- laminárna oblasť Re < 500

- prechodná oblasť

- turbulentná oblasť Re > 2300

Ak Re<500 znamená to, že prúdenie v nádrži je laminárne, ak Re>2300, prúdenie je turbulentné. Medzi uvedenými hodnotami leží prechodná oblasť. Pri návrhu je potrebné uvažovať s laminárnymi podmienkami prúdenia kvapaliny v nádrži. Vhodnými úpravami v nádrži (napr. použitím norných stien) je možné udržať laminárny režim prúdenia aj pri väčších hodnotách Re ; za medznú sa považuje hodnota 3000.

3. Fr kritérium

Zvýšenie rýchlosti v skratových prúdoch zvyšuje stupeň turbulencie a tým aj vedľajšiu vertikálnu rýchlosť vody. Tieto prúdy môžu tiež spôsobiť vyplavovanie už usadených látok. Na posúdenie stability prúdenia v nádrži slúži Froudeho kritérium Fr: Fr = v2 / g*R   .... kde g je tiažové zrýchlenie ; ostatné symboly majú rovnaký význam ako vo vzťahu (1).

V nádržiach kde  Fr >10-5 bude sklon k vytváraniu skratových prúdov s rôznou hustotou menší. Pre ideálne podmienky má byť Re < 500 a Fr >10-5 . ... V / u ≤ 10 čím menšie tým lepšie

Na častice pôsobia 2 sily - sila spôsobená hybnosťou hmoty (sila hybnosti), vplyv tiaže - usadz.rých.(sila tiaže)

- charakterizuje stabilitu prúdenia, ak je prúdenie vysoko stabilné tak usadzovací proces nie je ovplyvnený rušivými časticami.

4. Hydraulický polomer pre horizontálnu usadzovaciu nádrž a nádrž typu

- priemer nádrže ku zmáčanému objemu, pre pravouhlé nádrže je hydraulický polomer

R = b h           r = S / O

           2b+h

Zmáčaný obvod

Freudovo kritérium  Fr = v2 / g*R    hranica Fr> 10 -5 stabilná ( hovorí o stabilite v hydraulických nádržiach. G – prietok vody v nádrži

V / u ≤ 10 čím menšie tým lepšie

Na častice pôsobia 2 sily – sila spôsobená hybnosťou hmoty (sila hybnosti), vplyv ťiaže – usadz.Rýchlosť (sila ťiaže)

u- nevieme ovplyvniť, lebo usadz. nádrž závisí od priemeru a hustoty

Pre výpočet usadz. vádrže vychádzame z usadz. rýchlosti

Čím je nižšie u , tým je nižšia nádrž

Dráha častice u U N je uhlopriečka ale len ak sa jedná o zrnitý kal

Vločkové kaly aj v pravouhlýcj nádržiach nemajú priamku , vždy je krivka

5. Filtračná nádrž - amerického typu

Americké rýchlofiltre majú jemnejšiu náplň, 0,4 – 0,8 mm, z ktorej vyplývajú ostatné konštrukčné rozdiely. Na ich regeneráciu sa používa len voda. Na rozvod pracej vody stačí drenážny systém s vhodnými podpornými vrstvami namiesto drahšieho medzidna. Výška filtračnej vrstvy je len 0,5 – 0,8 m, hladina vody nad pieskom vo výške 1,5 až 1,8 m. Filtračná rýchlosť je v medziach 3,6 až 7,2 mh-1. Počas filtrácie sa prednostne zanáša vrchná časť filračnej vrsvy, preto sa táto pri regenerácii najprv rozruší tlakovou vodou a až potom sa dokončí regenerácia (pranie filtra ) vodou privádzanou zdola.

6. Rozdelenie filtračných nádrží podľa rýchlosti filtrácie

- pomalé, otvorené, čiže gravitačné; rýchlosť je určená výlučne tlakovým rozdielom vznikajúcim z rozdielnych výšok hladín nad filtrom a v nádrži prefiltrovanej vody,

- rýchle, môžu otvorené (gravitačné) alebo tlakové; v tlakových filtroch je rýchlosť vody úmerná veľkosti tlaku pôsobiaceho na hladinu suspenzie v uzatvorenej nádobe.

Pri pomalej filtrácii rastie strata tlaku zväčšovaním filtračnej blany. Vzhľadom na malú filtračnú rýchlosť, podľa množstva suspendovaných látok (0,1 - 0,3 mh-1), je nevýhodou pomalých filtrov veľká zastavaná plocha a veľké investičné náklady. Preto sa takéto filtre odporúčali pre zásobovanie menších obcí povrchovou vodou. Ich výhodou je jednoduché, na obsluhujúci personál nenáročné prevádzkovanie. V súčasnosti sú pomalé filtre vytlačené dodávanými typizovanými komplexnými úpravňami.

Obrázok 1 Schéma pomalého filtra

A – prívod filtrovanej vody, B – odvod filtrátu,

1. – hladina vody na začiatku filtrácie,
2. – hladina vody na konci filtračného cyklu,
3. – filtračná vrstva,
4. – podporné vrstvy

Od pomalej filtrácie sa odlišuje tým, že proces zachytávania suspendovaných častíc sa uskutočňuje vo vnútri filtračnej náplne a naopak,zachytávanie na povrchu je nežiadúce. Náplň sa regeneruje priamo vo filtri spätným prúdom pracej vody alebo vzduchu a vody. Filtračná rýchlosť rýchlych filtrov je priemerne 50 až 100-krát vyššia ako majú pomalé filtre. Pri uvedených filtračných rýchlostiach sa nemôže vytvoriť biologická blana.

7. Ako sa volá dej, ktorý pomenováva zvyšovanie tlaku medzi filtračnou náplňou a zanášanie náplne časticami

- filtračný cyklus

8. DDF - dvojsmerný , dvojvrstvový filter, tlakový, pri úprave priemyselných vôd, kde je viac nečistôt zrazením od čírenia. Má 2 rôzne vrstvy, tvorené rovnakým mater. S rôznou zrnitosťou al. rôzny mat. s rovnakou zrnitosťou ale rôznou hustotou.. Hustota je dôležitá pri regenerácii. Voda je odvádzaná zo stredu, lebo tečie proti sebe ( jedna z dola hore,  durhá z hora dole) sa využívajú v prípadoch suspenzií s vyššími koncentráciami rozptýlených jemných častíc vo vode (napr. filtrácia priemyselných odpadových vôd po predchádzajúcom čírení).

- Surová voda je privádzaná do vrchnej časti filtra. Časť tejto vody je privádzaná pod medzidno, ktoré má trysky. Tryskami postupuje voda do dolnej časti filtračnej vrstvy. Filtrácia sa tak uskutočňuje súčasne zhora aj zdola. Filtrát je odvádzaný cediacim zariadením umiestneným vo vnútri vrstvy.

Po dosiahnutí predpísanej povolenej straty tlaku (alebo kalovej kapacity vrstvy) sa  hladina zníži bočným nasávacím odpadom a náplň sa regeneruje vodou a vzduchom.

10. Sternova el. dvojvrstva

- všetky uvedené vplyvy elektrolytov na zeta potenciál je možné vysvetliť Sternovou predstavou dvojvrstvy. Prídavkom vhodného elektrolytu sa totiž dvojvrstva stláča. Pri jej stláčaní prechádzajú ióny z pohyblivej časti cez pohybové rozhranie do časti ležiacej na povrchu (do Sternovej alebo adsorpčnej vrstvy ). Tým sa ale prichytená aj pohybová časť dvojvrstvy neutralizuje. Stláčanie dvojvrstvy za pohybové rozhranie spôsobí pokles zeta potenciálu. V okamihu, keď difúzna vrstva zmizne a dvojvrstva sa skladá len z dvoch plošných vrstiev, vnútornej a vonkajšej, ktoré majú rovnako veľký, ale opačný náboj, systém prešiel do izoelektrického stavu. V tomto stave sú tuhý povrch a kvapalina elektroneutrálne a ξ = 0mV.

11. Vysvetlite stláčanie el.dvojvrstvy

- pri čírení treba nižšiu hodnotu el. potenciálu na čo možno najmenšiu mierku, v ideálnom prípade na nulu. Ako náhle poklesne hodnota zeta na 30 mV, častice sa začínajú priťahovať ä zhlukovať), čím je nižšia hodnota tým do väčších celkov rýchlejšie zhlukuje - stláčanie el. dvojvrstvy , lebo sa zmenšuje aj vzdialenosť okolo povrchu kde pôsobia el. sily. Takýto účinok na zhlukovanie majú len elektrolyty.

Znázornenie stláčania elektrickej dvojvrstvy prídavkom elektrolytu

12. Vymenujte koagulačné činidlá a napíšte v akej oblasti pH pôsobia

- Aktivátory  - zlepšujú podmienky pre tvorbu vločiek(práškové akt.uhlie SiO2)

- Reaktanty – kvôli úprave pH vody pri hydrolýze primárnych činidiel ( Na2CO3)

- Zaťažkávadlá – na urýchlenie sedimentácie vločkového mraku ( zeolit, aktívne uhlie)

- Absorbenty – odstraňujú  ióny ťažkých kovov (farbivá, ropné deriváty)

- H2SiO3 (aktívny kyselina kremičitá) – anorg. Látka , dá sa použiť aj pri úprave pitnej vody

13. Napíšte hydrolýzu Fe (OH)2 vo vode

- 4 Fe(OH)2 + O2 + H2O → 4 Fe(OH)3

14. Podľa predchadzajúcich reaktantov z 13 otázky napíšte spôsoby icheliminácie (odstránenia)

-

15. Popíšte chloračnú krivku a nakreslite

Pri dezinfekcii vody je veľmi dôležitou hodnotou potreba chlóru. Potreba chlóru je také množstvo chlóru, ktoré je nutné na dosiahnutie práve dokázateľného prebytku aktívneho chlóru po určitom čase kontaktu chlóru s vodou. Táto hodnota závisí od teploty vody, pH, času kontaktu, koncentrácie a druhu chloračného činidla, obsahu železa a mangánu vo vode,... Potreba chlóru závisí aj od chemického zloženia upravovanej vody, najmä od obsahu organických látok a amoniakálneho dusíka. Závislosť zvyškovej koncentrácie chlóru od dávky chlóru počas chlórovania vody sa graficky znázorňuje chloračnou krivkou. Priebeh chloračných kriviek pre jednotlivé upravované vody je rozdielny; zvlášť sa chloračné krivky líšia v prípadoch dezinfekcie vody s obsahom amoniakálneho dusíka a bez jeho prítomnosti vo vode.

Na chloračnej krivke vody obsahujúcej aj amónne ióny rozoznávame štyri oblasti(zóny):

1- oxidácia organických a anorganických látok prítomných vo vode v redukovanom stave,

2 - tvorba chlóramínov; vrchol na krivke odpovedá dávke chlóru, keď je všetok amoniakálny dusík viazaný na chlóramíny,

3 - rozklad chlóramínov; zvyšovaním dávky chlóru dochádza k rozkladu časti chlóramínov. Tomuto deju odpovedá klesajúca časť krivky končiaca v bode Z. Bod Z je bod zvratu, odpovedajúci minimálnemu obsahu viazaného aktívneho chlóru,

4 - rast koncentrácie voľného aktívneho chlóru.

Závislosť zvyškovej koncentrácie chlóru od dávky chlóru

1 - voda bez amoniakálneho dusíka, 2 - voda obsahujúca amoniakálny dusík

Voľný aktívny chlór je teda dokázateľný až za bodom zvratu a až od tejto dávky sa môžu prejaviť oxidačné účinky chlóru. Chlórovanie vody pri dezinfekcii sa robí obyčajne za bod zvratu, aby voda obsahovala určité množstvo voľného aktívneho chlóru. Pri takýchto dávkach chlóru spravidla ešte nedochádza k negatívnemu ovplyvneniu chute a pachu vody a pritom je voda hygienicky zabezpečená, pretože obsahuje určitý prebytok voľného chlóru. V prípade čistých vôd, obsahujúcich amoniakálny dusík, je bod zvratu pomerne ostrý, v znečistených vodách s obsahom redukujúcich látok je bod zvratu menej výrazný. Dôsledný rozbor vody je základným predpokladom určenia optimálnej dávky chlóru a tým aj dobrej kvality upravenej vody.

16. Napíšte reakcie výmeny a, Na cykle na silno kyslom katexe

                                               b, H výmena na slabo zásaditom anexe a k čomu vlastne dochádza-napísať dej

a) Sodíkový cyklus - používa sa na odstránenie vápenatých a horečnatých iónov („zmäkčovanie vody“). Výmena iónov sa uskutočňuje na silno kyslom katexe podľa reakcie: 2M - SO-Na+ + Ca2+ (Mg2+ ) = (M - SO-)2Ca2+ + 2Na+

Mineralizácia a pH vody sa nemení. Na regeneráciu sa používa 5 - 10 % (hmot.) roztok NaCl.

b) Slabo zásadité anexy - pracujú v oblasti nízkych pH, pretože v alkalickom prostredí sú prakticky nedisociované. Patria k nim vymieňače s funkčnými skupinami odpovedajúce primárnemu až terciárnemu amínu. V pracovnom cykle zachytávajú anióny silno disociovaných kyselín podľa reakcie: ..... M - NH3+OH- + Cl-  =  M - NR3+Cl- + OH-

Regenerujú sa 5-10% roztokmi NH 4OH, Na2CO3 alebo NaOH

17. Čím sa robí regenerácia činidiel predchadzajúcich reakcií (otazka 16)

a) silno kyslý katex - na regeneráciu sa používa 5 - 10 % (hmot.) roztok NaCl.

b) slabo zasadity anex - regenerujú sa 5-10% roztokmi NH 4OH, Na2CO3 alebo NaOH

18. NH3 v akých hodnotách su nebezpečné pre dospelých a deti a napíšte spôsoby ich odstránenia

19. Vysvetlite a popíšte Hazenov zákon z povrchového zaťaženia nádrže

- hovorí že v UN sa zachytia všetky častice ktoré usadzovacou rýchlosťou uo je väčšia al. rovná pomeru V / Au a tomuto pomeru hovoríme hydraulické zaťaženie nádrže

Vu / Au = vu ( m.s-1)

- dĺžka rýchlosti UN  :

α – koeficient nerovnomernosti

navrhovanie UN sa zakladajú na uo , výška h je daná výrobcom

α – korelačný koeficient zazahrňujúci v sebe nerovnomernosti rýchlosti v priereze UN

 - v praxi nemáme vždy k dispozícii hodnoty uo., z lab. Meraní a preto pri odstr. Zrnit. Kalov sa počíta orientačnou uo , uo = 0,12 – 0,15 mm .s-1

 - pre vločkové kaly : a) do 25 mg/l   , b) do > 25 mg/l

K b)

uo= 0,35 – 0,45 mm/s

uo= 0,45 – 0,55 mm/s

b:l = 1:6 – 1:8

20. Rozdelenie disperznych sústav podľa veľkosti častíc + hodnoty

- Homogénne - rozpúšťadlo + dispergovaná látka vo forme molekúl al. atómov. a heterogénne - disperg.látka vo forme koloidných látok +rozpúšťadlo

- podľa veľkosti : analytické disperzie  0,1-1 nm, koloidné 1nm-1mikrometer, hrubé nad 1mikrometer

- z termodynamického hľadiska: termodynamicky nestále - sú ireverzibilné - ked už raz sú v zhluku znovu sa nerozpadnú. Stále - reverzibilné - a) molekulárne koloidy - vysokomolek. zlúč. v disperz. prostredí (bielkoviny,polysacharidy) b) micelárne - nízkomolekul.zlúč. tvoriace v malých konc., s vyššou konc. vytvárajú agregáty koloidných rozmerov - MICELY - nestále agregáty.

Delenie micelárych koloidov - ionogénne (anionaktívne,kationaktívne,amfotérne), neionogénne - nemajú skupiny schopné disociovať)

21. Spôsoby destabilizácie koloidných solov - vymenovať

- existencia el.náboja vyvoláva stabilitu kol.sólov a vznik elektrokinetického potenciálu medzi povrchom častíc a kvapalinou.

- základné spôsoby: pomocou elektrolytu, pomocou opačne nabitých sólov, pomocou molekulárnych koloidov

- Činidlá - vlastné koagulanty, pomocné koagulanty (flokulanty)

- Koagulácia (zrážanie) - Destabilizácia koagulantov - dochádza k agregácii koloidných častíc do mikro vločiek.

Vlastná koagulácia sa rozkladá do 2 fáz: a) chem. schopné spôsobiť koaguláciu (primárne koagulanty) ako chem. Zrážadlá použ. soli dvojmocného alebo trojmocného Fe,Al. ... b) pomocné koagulačné činidlá - delia sa na destabilizátory - destabilizujú koloidné soli

Ortokinetická koagulácia - tepelný pohyb molekúl prestáva ovplyvňovať častice s veľkosťou > 10-6 mikro metra. Vplyvom rastu častíc sa prestáva uplatňovať tepelný pohyb prostredia  a rastie vplyv tiažového poľa Zeme - usadzovanie

Základné spôsoby destabilizácie a následnej koagulácie sú: a) adestabilizácia elektrolytmi, b) destabilizácia opačne nabitými sólmi, c) destabilizácia molekulárnymi koloidmi

Kinetika koagulácie - vlastnú koaguláciu môžeme rozdeliť do dvoch štádií. V prvom štádiu sa uskutočňuje agregácia koloidných častíc vplyvom Brownovho pohybu a označujeme ho perikinetická koagulácia. Podmienky zrážok medzi jednotlivými časticami sú určené len ich tepelným pohybom. Po prvom štádiu nasleduje druhé, označované ortokinetická koagulácia. Systém koaguluje v takých podmienkach, že sa okrem tepelných zrážok uplatňujú zrážky vyvolané vonkajším pôsobením, napr. tiažovým poľom Zeme. Uskutočňuje sa stretávanie a agregácia častíc; týmto je možné pomôcť miešaním.

Rýchlosť koagulácie je možné definovať ako úbytok primárnych disperzných častíc v objemovej jednotke za časovú jednotku. Ak je koncentrácia koagulujúceho elektrolytu menšia ako je jeho koagulačný prah, je koagulačná rýchlosť prakticky nulová. Po dosiahnutí prahu koagulácie, pri ktorom zeta potenciál klesne asi na 30 mV, nadobúda koagulačná rýchlosť merateľné hodnoty. Rast koncentrácie koagulujúceho elektrolytu spôsobuje plynulý pokles zeta potenciálu a rast koagulačnej rýchlosti. Pri poklese zeta potenciálu na nulu, dosiahnutí izoelektrického bodu, sa ďalším zvyšovaním koncentrácie elektrolytu už rýchlosť kogulácie nemení. Smoluchowski rozlišuje dve oblasti perikinetickej koagulácie:

- oblasť pomalej koagulácie, uskutočňujúca sa od hodnoty kritického potenciálu po nulu,

- oblasť rýchlej koagulácie, keď je zeta potenciál rovný nule.

22. Dávka koagulantu podľa Součka pre pitné a priemyselné vody

-  určuje sa na základných výsledkov techn. Skúšok pre požadované vyčistenie vody. Mala by byť optimálna ( z ekonom. Dôvodov) – pre relatívne čisté PCH vody : 50-100g/m3,  - pre viac znečistené PCH vody: 100-200 g/m3 , - pre veľmi znečistene OV a priemyselné vody: až v niekoľkých kg /m3

Orientačná dávka koagulantu pre PCH podľa Součeka je daná : D = 100*m (g/m3) m - kyslá neutralizačná kapacita, D – ekvivalent pre síran železitý

Pre síran hlinitý

Orientačná dávka koagulantu pre OV je daná : D = CHSK (mg/l, g/m3)  CHSK - chemická spotreba kyslíka

23. Vymenujte spôsoby odstránenia Ca2+ a Mg 2+ + príklady

- voda s obsahom vápnika a horčíka spôs. technol. Problémy

- problém pre priem. Vody – zhoršujú kval. Výrobku ( tex.priemysel, práčovne)

- tvrdosť vody, nižšia výroba energie

Formy výskytu: Ca2+, Mg2+, najčastejšie ale v závislosti od pH, môžu byť aj v inej forme

Spôsoby odstraňovania: - odstranovanie iónov zrážaním – vápno a sóda al. NaOH a sóda: Ca2+ a Mg2+ : Vápno odstráni Ca2+ a Mg2+ ióny viazané vo forme HCO3-, Fe3+, Mn2+ a organické látky, sóda odstráni Ca2+ a Mg2+ viazané vo forme sulfátov , chloridov , dusičanov ,

- zrážaním sódou a vápnom ióny vytvárajú málo rozpustné zlúčeniny, kt. sa dajú odstrániť sedimentáciou alebo filtráciou.. Na priebeh zrážania má vplyv teplota, preto sa úprava robí za tepla.

- učinnosť odstránenia Ca2+ a Mg2+ iónov ovplyvňuje aj dávka zrážacieho činidla.

- spôsob využ. Zrážanie vápnom a sódou je použ. pre vody ľubovoľného zloženia

Priebeh reakcií:

dekarbonizácia - ohrevom vody Ca(HCO3)2 = CaCO3 +H2O + CO2 ..... Mg(HCO3 )2 = MgCO3 + H2O + CO2

             - vápnom Ca(HCO3)2+Ca(OH)2 =2CaCO3+2H2O ...... Mg(HCO3)2 +Ca(OH)2 ⇔MgCO3 +CaCO3 +2H2O

Spôsob využívajúci zrážanie vápnom a sódou je použiteľný pre vody ľubovoľného zloženia.

Priebeh reakcií:  Ca(OH)2 +CO2 → CaCO3 ↓ +H2O

Ca(OH)2 +Ca(HCO3)2 → 2CaCO3 ↓ +2H2O Ca(OH)2 +Mg(HCO3)2 →CaCO3 ↓ +MgCO3 +2H2O Na2CO3 + CaSO4 → CaCO3 ↓ +Na2SO4 Na2CO3 +MgSO4 →MgCO3 +Na2SO4 Prebytkom Ca(OH)2 sa pomerne rozpustný MgCO3 vyzráža ako málo rozpustnýMg(OH)2:  MgCO3 + Ca(OH)2 → CaCO3 ↓ +Mg(OH)2 ↓

Pri odstraňovaní iónov Ca2+ a Mg2+ zrážaním vápnom a sódou zostáva ešte vo vode určitá zvyšková koncentrácia , kt. pre niektoré vody može byť príliš vysoká

24. Odkysľovanie vody, agresivita a Vápenato-horečnatá rovnováha

Odkysľovanie vody:

- odstraňovanie agresívneho CO2 z prírodných vôd pri jej úprave na vodu :pitnú, úžitkovú, prevádzkovú, oxid spôsobuje koróziu kovových potrubí a stavebných materiálov. Rozpustnosť CO2 vo vode je veľká a znižuje sa s rástúcou teplotou

- pri odkysľovaní sa voda upravuje do uhličitanovej rovnováhy preto sa niekedy tento postup nazýva stabilizácia vody.

- spôsoby: FY ( rozstrekovanie, prevzdušňovanie vody), CHE (priame dávkovanie Ca(OH)2 alebo filtrácia cez odkys. mat. (mramor, magnezit) v otvorených alebo tlakových filtroch

- voľba odkysľ. látky závisí od CHE Zloženia vody.

Odkyslovanie vápnením je vhodné pre vody s nízkym obsahom vápnika. Naopak, postup využívajúci prevzdušňovanie vody je vhodný pre vody hydrogénuhličitanového typu s vyšším obsahom vápnika a horčíka.

Odkyslovanie mramorom je vhodné pre vody s nízkym obsahom vápnika a hydrogénuhličitanov. Filtrácia dolomitom umožňuje rýchlejšie a účinnejšie odstraňovať agresívny CO2 aj z vôd s vyšším obsahom vápnika a horčíka. V priebehu odkyslenia sa vo vode zvyšuje obsah vápnika aj obsah hydrogénuhličitanov. Filtráciou cez mramor sa nedosiahne úplné odkyslenie. Optimálna rýchlosť filtrácie v otvorených filtroch je v rozmedzí 5 až 15 mh-1.

Vápenato uhličitanova rovnováha

Je jedna z najdôležitejších chemických rovnováh v hydrochémii a technológii vody; má bezprostredný význam pri hodnotení agresívnych alebo inkrustujúcich účinkov vôd, riadení odkyslovacích a rekarbonizačných procesov v technológii vody a pri tvorbe chemického zloženia prírodných vôd; obsahuje celkom 6 základných zložiek: H2CO3, HCO3- , CO32 -, Ca2+, H+, OH - .

nezávislé rovnice:  a) CaCO3 (s) + H2CO3  = Ca2+  + 2HCO3-  ..... b) CaCO3 (s)  + H+  = Ca2+  + HCO3-

- obidve rovnice určujú za akých podmienok dôjde k rozpúšťaniu al. k vylučovaniu CaCO3 z vody.

A - rovnovážny CO2  - cr (CO2). ... Ak je konc. voľného CO2>cr (CO2) voda je agresívna.

Stykom agresívnej vody s CaCO3(s) sa mení jej zloženie po evolučnej krivke ( priamke ) do bodu C - priesečník s rovnovážnou krivkou - dosiahnutie vápenato - uhličitanovej rovnováhy.

Ďalšou významnou závislosťou sú priamky konštantných hodnôt pH (izolínie pH) odpovedajúce rovnici odvodenej pre dis. konštantu K1 : c(H2CO3*) = c(H+) . c(HCO~) / (K1)c

- priamky vychádzajú z počiatku a majú rôznu smernicu; ... - čím je pH nižšie, tým je smernica väčšia a naopak;

- pri pH cca 4,5 sa blíži k oo a pri pH cca 8,3 sa blíži k 0.

25. Odstraňovanie Fe a Mn z vody

- najrozšírenejšia Fe ruda je pyrit FeS2, krveľ Fe2O3, magnetit Fe3O4

- forma rozpusteneého a nerozpusteného Fe závisí od: pH, ox-red. Potenciálu, komplexotvorných látok-anorg,org. pôvodu . Fe vo vodaách v dvojmocnej a trojmocnej forme.

Metódy odstraňovania Fe a Mn:

- prevzdušňovanie vody - pri úprave podz. Vôd , v kt. je prítomné Fe2+ vo forme HCO3-. Fe2+, hydrolyzuje a oxiduje sa na Fe3+, kt. sa vylúči vo forme vločkového tvaru, Mn2+ sa oxiduje na Mn4+. Úpravy vody v podloží využ. Cyklické vsakovanie a čerpanie vody, oddelené stabilizačnou fázou.Upravená voda v podzemí sa po jej dezinfekcii privádza do spotrebiska, využíva sa aj na odstraň. Síranov, organických látok, denitrifikáciu a deamonizáciu podz. Vôd. Reakcie vystihujúce priebe úpravy:

- zrážanie vápnom, sódou al. fosforečnanmi - použitím vápna sa odstránia HCO3- ióny a voľný CO2. zníži sa aj obsah org. Látok vo vode, je nutná prítomnosť kyslíka

- oxidácia chlórom, o.chloričitým, ozónom - ak je Fe v org. Forme v humínových kyselinách a trieslovinách. Humínové kyseliny pôsobia ako ochranné koloidy .

- iónová výmena v ionomeničoch, +čírenie

Schematické znázornenie kombinovaného postupu odstraňovania Fe a Mn z vody

26. Dezinfekcia chlórom

Chlórovanie je dominantnou metódou dezinfekcie pitnej vody. Pri úprave vody sa väčšinou používa chlór v kvapalnej forme a vo forme chlórnanu sodného. Menej často sa využíva chlórové vápno a organické chlóramíny. V posledných rokoch sa pri dezinfekcii pitných vôd stále viac aplikuje oxid chloričitý. Výber konkrétneho činidla je závislý, ako už bolo uvedené, aj od kvality upravovanej vody a prevádzkových podmienok.

Chlór vytvára široké účinné spektrum, pôsobiace mikrobiocídne na mikroorganizmy s bunkovými proteínmi a nukleónovými kyselinami.

Dezinfekčné schopnosti chlóru závisia od jeho chemickej formy vo vode. Molekulový chlór hydrolyzuje podľa rovnice  Cl2 + H2O = H+ +Cl- + HClO

Rozlišujeme voľne aktívny Cl a viazaný aktívny Cl.

- od pH5 - teoreticky pod pH3 - voľný CO2 v hydroly.stave

- pri pH nižšom 3 sa musí počkať s neúplnou hydrolýzou Cl

- dávkovanie potrebného Cl - pri určení potrebnej dávky sa vychádza z reálnych hodnôt pre upravovanú vodu

- pri určení dávky Cl sledujeme závislosť zvyškového Cl od množstva pridaného Cl do upravenej vody

Chloračná krivka

Na chloračnej krivke vody obsahujúcej aj amónne ióny rozoznávame štyri oblasti(zóny):

1- oxidácia organických a anorganických látok prítomných vo vode v redukovanom stave, 2 - tvorba chlóramínov; vrchol na krivke odpovedá dávke chlóru, keď je všetok amoniakálny dusík viazaný na chlóramíny,  3 - rozklad chlóramínov; zvyšovaním dávky chlóru dochádza k rozkladu časti chlóramínov. Tomuto deju odpovedá klesajúca časť krivky končiaca v bode Z. Bod Z je bod zvratu, odpovedajúci minimálnemu obsahu viazaného aktívneho chlóru,

4 - rast koncentrácie voľného aktívneho chlóru.

Závislosť zvyškovej koncentrácie chlóru od dávky chlóru. ..... 1 - voda bez amoniakálneho dusíka, 2 - voda obsahujúca amoniakálny dusík

Oblasti:

I - redukcia látok

II - oblasť väzieb Cl s org. latk. a vznik  chloraminov

III -  rozklad častí chlorderivátov

IV - oblasť tvorby zvyškového chlóru

Z - bod zlomu dosiahne sa min. množstvo viazanej formy chloramínov a potom začne stúpať množstvo voľného Cl.

27. Dezinfekcia oxidom chloričitým - použ. na reguláciu chuti a zápachu, odfarbovanie, dezinfekciu

- nereaguje s amoniakom a s glukózou. Nevytvára tak ako Cl - chloramíny, ktore rušia dezinf. proces

- dezinfekčný účinok nie je závislý od pH preto sa može použ. aj v alkalickom prostredí

- dezinfekčný účinok ClO2 je nezávislý od pH, preto ho je možné používať aj v alkalickom prostredí. Je aktívny voči vírusom a spóram. Ak ClO2 nie je

redukovaný organickými látkami, má dlhodobý účinok; je vhodný aj pre rozsiahle vodovodné siete.

- ClO2 je nestály plyn, ktorý nie je možné uskladňovať. Z toho dôvodu sa musí pripravovať na mieste v podobe vodného roztoku. Oxid chloričitý sa pripravuje z chloritanu sódneho

- okrem iných, prednosťou ClO2 je skutočnosť, že s organickými látkami nevytvára karcinogénne trihalometány (THM).

2ClO2 + H2O = 2H+ + 2Cl- + 5O

28.  Ionomeniče - ionexy

- výmena ionov je proces reverzibilnej výmeny medzi tuhým vymienačom iónov a roztokom.

- sú nerozpustné anorg.al. org. Vysokomolekulové látky nerozpustné vo vode a v bežných anorg. A org. Rozpúšťadlách

- sú schopné prijímať z roztokov kladné al. záporné ióny a za ne odovzdávať roztoku ekvivalentné množ. Svojich iónov s rovnakým nábojom.

Využitie: - odstraňovanie Ca23+,Mg2+, demineralizácia  a dekarbonizácia vody, - odstraňovanie katiónov, - odkysľovanie vôd, - zachytávanie vzácnych kovo

Katexy - polyvalentné nerozpustné kyseliny , ktoré majú kyslé funkčné skupiny so záporným el. nábojom ( SO3 -H )

Anexy - organické polyvalentné zásady , ktoré majú zásadité skupiny s kladným el. nábojom ( - N+R3 )

Slabokyslé katexy - schopné vymienať len v zásaditom prostredí vyššie ako pH 7, pH 7 -14, slabo zásadité katexy - len v kyslom prostredí nižšie pHako 7 , nedajú sa odstrániť ( CO2, SiO2). Chemickym zložením môžu byť typu anorg. alebo org.. Môžeme ich rozdelit na silne a slabo kyslé katexy a silne a slabo zásadité anexy.

Pracovný cyklus ionomeniča : sa skladá z jednotl. Fáz, kt. na seba naväzujú

Sodíkový cyklus - ak chceme zmäkčovať vodu, Katex Na+ je schopný vymienať ióny len vyššieho rádu. Pouziva sa na odstránenie váp.a horečnatých iónov (zmakcovanie vody). Výmena iónov prebieha na silno kyslom katexe v Na forme: 2M - SO-Na+ + Ca2+ (Mg2+ ) = (M - SO-)2Ca2+ + 2Na+  ...

Mineralizácia a pH vody sa nemení. Na regeneráciu sa používa 5-10% (hmot.) roztok NaCl.

Vodíkový cyklus - Silno kyslý katex vo vodíkovej forme vymieňa nielen katióny Ca2+ a Mg2+, ale aj ostatné katióny prítomné v upravovanej vode podľa reakcie:  nM - SO-H+ +Men+ = (M - SO-)nMe + nH  ... Podľa platných pravidiel sa najrýchlejšie a najsilnejšie viažu katióny s oxidačným číslom 3, najslabšie a najpomalšie katióny s oxidačným číslom 1. Výmenou katiónov z roztoku za H+ ión z katexu vznikajú roztoky obsahujúce (H3O+) ióny a korodujúce kovy. Preto sú vnútorné steny iónomeničových „filtrov“ a potrubí chránené proti korózii (napr. pogumovaním). Na regeneráciu sa používa 5 - 10 % HCl , prípadne H2SO4.

29. Čírenie - (odstraňovanie zákalu) zaraďujeme medzi základné, významovo najdôležitejšie, FY-CHE spôs. úpravy vôd. Čírením sa z vody odstraňujú koloidné častice rozmerov 10-9 -10-6 m , ktoré nie je možné z vody odstrániť usadzovaním alebo filtráciou. Významnú úlohu pri tomto deji má FY-CHE proces koagulácie.

- koagulácia je zhlukovanie dispergovaných častíc do väčších agregátov navzájom viazaných adhéznymi (medzimol.) silami. Vzniká hrubo disperzný systém, ktorý je kineticky nestály; uskutočňuje sa vločkovanie a potom sedimentácia vločiek.

- uvedené pojmy sa používajú aj vtedy ak sa z vody odstraňujú rozpustené farebné látky, napr. humínové kyseliny a fulvokyseliny, z povrchových vôd alebo rôzne farbivá z odpadových priemyselných vôd.

- zhlukovanie veľmi jemných častíc do väčších celkov a ked podlieha ťiažovej sile usadzujú sa.Účinok zhlukovania  dosahuje prídavkom činidiel ( koagulantov  - elektrolyty, flokulantov - polyelektrolyt)

- čírením odstraňujeme zákal vody ale aj zafarbenie,robí sa v slabokyslej  oblasti,

30. Tlakové filtre - sú valcové nádoby zvarené z oceľových plechov, určené pre pracovný tlak cca 0,6 MPa, ktoré majú v dolnej časti medzidno s naskrutkovaným filtračnými tryskami

- konštrukcia - sú to 2 nad sebou  umiestnené filtre, pričom horný je naplnený hrubším filtr. mat. a zabezpečuje predfiltráciu vody, dolný obsahuje jemný mat.

- pracia voda sa privádza do spodnej časti a odvádza z hornej,prací vzduch je zavedený pod medzidno filtra.

- rozdhodujúcim parametrom je filtr. rýchlosť.

- vyrábajú sa v horizontálne (pre väčšie prietoky), vertikálne (menšia náročnosť na plochu)

- sú vybavené dvoma manometrami na stanovenie tlakových strát medzi prítokom a odtokom vody

31. CO2 a iónové formy

- najdôležitejším protolytickým systémom v prírodných a úžitkových vodách je uhličitanový systém

- významne ovplyvňuje zloženie a vlastnosti vôd ( pH, tlmivú kapacitu, agresivitu pod pH 1,5, inkrustačné účinky ) a tiež skoro všetky procesy ich úpravy (koaguláciu, odželezovanie, odmangánovanie, odkyslovanie, stabilizáciu a iné ).

- pôvod CO2 vo vodách - atmosferický, biologický, hlbkový.

- formy výskytu vo vode - CO2 - rozpustný prevažne v molekulovej forme ako volne hydratované molekuly. H2CO3  menej ako 1%

- výskyt vo vodach - volný CO2 - skoro vo vsetkých prírodných vodách s pH < 8,3, v tečúcich vodách - stratifikácia CO2 v spodných vodách až 20-30 mg/l, tečúce vody - viac ako 10 mg/l, min. vody – 100-1000 mg/l

- HCO3 - bežná súčasť všetkých prír. Vôd., atmosferické vody jednotky - desiatky mg/l, jednoduche podz. a povrchové vody 10tky-100vky mg/l

- CO3- - v jednoduchých podzemných a povrchových vodách sa prakticky nevyskytuje , úžitkové či prevádzkové vody, kt. boli upravené Ca(OH)2 al. Na2CO3 pre odstránenie voľného CO2

32. Dezinfekcia vody - dezinfekcia je proces pri ktorom nastáva usmrtenie nežiadúcich organizmov, čim voda stráca možnosť prenášania infekcií. Pri procese dezinfekcie vody dochádza k narušeniu stien buniek MO a vniknutím do ich vnútra k postupnej deštrukcii tých MO.V praxi najviac využ. chem. metódy.

- Hlavné požiadavky na dezinfekciu: a) musí vo vode zneškodniť všetky druhy baktérií b) musí zneškodnenie organizmov vykonať nezávisle od prostredia, c) voda použitím prostr. nesmie zmeniť svoje vlast., d) má byť jednoducho dávkovateľný a lacný, e) má zotrvať dlho vo vode, f) koncentrácia sa musí dať ľahko stanoviť.

- Metódy dezinfekcie: FY ( teplom, UV žiarení a ultrazvukom), CHE (čírenie, flotácia, koagulacia, filtracia, destabilizácia koloidných solí, chlorácia), FY-CHE (elektrolýza), BIOLOG spôsoby ( vytvor.mikrobiálnej blany  na filtre.

- Dezinfekcia UV žiarením - dovody sa nepridáva žiadna chemikália , absorbované žiarenie nukleonovými kyselinami baktérií spôsobuje ich zásadnú zmenu, čím sa baktérie usmrcujú.V súčastn. Sa táto metóda použ. najmä pri hyg.zabez. balených vôd. najúčinnejšie vlnové dĺžky na odstranenie baktérií si 250-280 nm, ale nevyhovuje STN,lebo podla STN voda musí obsah.0,05-0,003 mg/l.

- CHE spôsoby -  podstatou je využ. ox. schopností použ. činidla jednak na samotnú dezinfekciu ale zároveň aj na ox. anor.a org. látok nach. sa vo vode., jedným z kritérií  určujúcich schopnosť dezinf. prostredia ox. org. látky je ox.potenciál . čím má vyšší ox.potenciál tým je jeho schopnosť oxidovať org.látky väčšia. , (chlór, ozón,bróm) - chlór poznáme vo všetkých 3 skupenstvách, v praxi sa použ. kvapalný chlór ten sa znížením tlaku mení na plynný a ako plyn vstupuje do vody s rastúcou teplotou - rozpustnoť Cl klesá, chlór je zdravotné závadny , toxický

- Systémy chlorovania - systém priamej chlorácie( do dezinf. Vody sa priamo dávkuje plynný Cl, Cl sa priamo zavádza do potrubia tlakom), systém nepriamej chlorácie ( pripraví sa koncentrovaný roztok zmiešaním chloru s vodou)

- Dezinfekcia ozonom - ozonizácia je najučinnejia metóda ale je silne závislá na cene el. energie.

33. Odstraňovanie Ca a Mg z vody

- do vody sa dostávajú vyluhovaním vapenca CaCo3 , magnezitu MgCO3, sadrovca, anorit, chlorit, ....

- väčšie množstvá Ca,Mg v podz. vodách závisí od rozpustnosti CO2

- Ca je prevládajúcim kationom v málo mineral. Vodách so zvýšeným sa minerlny podiel Ca nižší

- Mg - vo vode menej ale dochádza k jeho sorbcii a k iónovej  výmene  pri styku voda + hornina ak iónovej výmene pri styku s ílmi a horninami,

- Ca, Mg nie sú rovnocenné ani biol. ani chemicky

- Voda s vyšším obsahom Ca ,Mg spôsobujú poruchy v procesoch a spôsobujú kvalitu výrobku.

- Prechodná tvrdosť: ak sú kationy viazané vo forme hydrogenuhličitanov odstraňujeme ich : ohrevom, prídavkom vápna, anorg. Kyselinami

- Ak kationy viazané anionmi silných kyselin nedajú sa odstrániť varom ale na ich odstrť. Využ: chem. Činidlá, FY-CHE metody, ionomenice

34. Dvojstupňová úprava vody

- použ. sa na úpravu povrch. a podz. vôd s vyšším obsahom nežiaducich látok najmä koloidných častíc

- také vody sa nedajú upraviť 1 stuúpňovou úpravou

- dominujúcim zariadením v takých linkách sú usadz nádrže na oddelenie vločiek vzniknutých v procese čírenia

Jednostupňová úprava vody

- pri podzemných a povrchových vodách s vysokým obsahom koloidných častíc. číriaci proces a vzniknuté produkty na otvorených rýchlofiltroch al. tlakových filtroch. Hlavnou operáciou je filtrácia.