Transcript Čistenie odpadových vôd

Rozdelenie odpadových vôd
Čistenie odpadových vôd
Komunálne OV




Splaškové odpadové vody obsahujú prevažne organické látky
biologicky ľahko rozložiteľné, a preto hodnoty BSK vystihujú do
určitej miery celkové organické znečistenie splaškových vôd.
BSK5 je pri spotrebe 150 l/obyvateľa za deň cca 300 mg/l.
Už sedimentáciou klesne BSK5 asi o jednu tretinu a pomer
BSK5/CHSK je asi 1/2.
Z biologického hľadiska sú splaškové vody závažné tým, že
môžu prenášať patogénne mikróby. V 1 ml sa nachádzajú
milióny až desiatky miliónov baktérii, kvasiniek, vírusov, hub a
prvokov.
Priemyselné OV
Priemyslové odpadové vody vznikajú pri výrobe a spracovaní najrôznejších
výrobkov a materiálov, podľa toho ich delíme na vody:
 prevažne anorganicky znečistené;
 prevažne organicky znečistené;
 prechodné typy, ktoré sú najčastejšie
Vždy sa však prihliada k obsahu toxických látok Chemické zlúčeniny,
spôsobujúce prevažne organické znečistenie OV možno podľa ich
povahy rozdeliť do 4 skupín:
• látky netoxické a biologicky rozložiteľné (sacharidy, bielkoviny, norm.
alifatické kyseliny a ich niektoré deriváty);
• látky netoxické a biologicky ťažko rozložiteľné (alifatické zlúčeniny
rozvetvené, organické farbiva);
• látky toxické a biologicky rozložiteľné (fenoly, organofosforové
insekticídy);
• látky toxické a biologicky ťažko rozložiteľné (chlórované uhľovodíky,
dinitrofenoly, niektoré kation aktívne tenzidy).
Priemysel spracovania ropy


Suspendované ropné látky sa odstraňujú
v deemulgátoroch rôznych typov a funkcie,
Voľna fáza sa odstraňuje rôzne
konštruovanými nornými stenami. Pre
odstránenie rozpúšťaného, hoci malého
množstva, sa používa napr. adsorpcia alebo
biologický spôsob.
Ťažba a spracovanie rádioaktívnych
materiálov




Nebezpečnosť vôd z ťažby a úpravy uránových rúd spočíva
hlavne v tom, že obsahujú izotopy s veľmi dlhým polčasom
rozpadu (226Ra - 1596 rokov na olovo 210Pb a to sa rozpadá
22,3 rokov atd.).
Podľa spôsobu ťažby a spracovania sa k týmto latkám
pridávajú ešte ďalšie ako zbytky kyselín a rôzne anorganické
rozpustné soli.
všetky používané metódy dekontaminácie sú založené na
chemickej či fyzikálne – chemickej koncentrácii rádioaktívnych
izotopov a ich následnej separácii.
Z najčastejšie používaných procesov dnes prevláda
odparovanie, zrážanie a výmena iónov ai.
Odstraňovanie znečistenia



Znečistenie je možné odstraňovať viacerými technologickými postupmi, buď samostatnými,
alebo na seba nadväzujúcimi, čím sa dosiahne požadovaná kvalita vypúšťaných odpadových
vôd do recipientu.
Odstránenie znečisťujúcich látok jednotlivými procesmi alebo ich kombináciou sa hodnotí
pomocou čistiaceho účinku.
Čistiaci účinok je pomer úbytku koncentrácie znečisťujúcej látky dosiahnutý procesom alebo
kombináciou procesov ku koncentrácii danej látky v prítoku odpadovej vody. Vyjadruje sa v %.
Meradlo znečistenia odpadových vôd je parameter BSK5 - biochemická spotreba kyslíka
po 5 dňoch – je to množstvo kyslíka spotrebovaného mikroorganizmami na
biochemický rozklad organických látok obsiahnutých vo vode počas piatich dní pri
stanovených podmienkach. Tento kvantitatívny parameter udáva znečistenie vôd
hlavne organickými látkami. Čím je hodnota v mg/l vyššia, tým vyššie je znečistenie.
Priemerné znečistenie vôd zo žúmp podľa parametra BSK5 je 1000mg/l (reálne merania
ukazujú, že tieto hodnoty môžu byť od 200 do 50000 mg/l, podľa toho, či ide o „hustý“,
alebo „riedky“ odpad. Metóda slúži k nepriamemu stanoveniu organických látok, ktoré
podliehajú biochemickému rozkladu pri aerobných podmienkach.
Chemická spotreba kyslíka (CHSK) je množstvo kyslíka spotrebovaného na chemickú
oxidáciu všetkých organických látok v OV za presne stanovených podmienok. Je
mierou celkového obsahu organických látok vo vode.

U vzoriek, kde sa očakáva vyššie znečistenie, je vhodné
použiť tzv. zrieďovaciu metódu. Podľa intenzity
znečistenia sa do odmerného valce použije 500 – 10ml
vzorky, s rastúcou koncentráciou organických látok klesá
množstvo vzorky.

Doplňuje sa zrieďovacou vodou do 1 litra pri teplote 20°C
5 dní. Sondou sa stanoví obsah rozpusteného kyslíka
nultý a piaty deň. Zrieďovacia voda sa pripravuje pridaním
1ml príslušných chemikálií do 1 litra destilovanej vody
nasýtenej vzdušným kyslíkom. Účelom tohto zriedenia je,
aby v prípade stanovenia extrémne znečistených vôd bol
vo vzorke dostatok kyslíka na aerobný rozklad. V prípade
stanovenia BSK5 u vzoriek s nízkou koncentráciou
organických látok nie je treba vzorku riediť vôbec.
Výsledná hodnota sa obvykle udáva v mg/l .
Legislatíva
Smernica pre členov EÚ - priebežne zabezpečovať primerané
čistenie odpadových vôd vo všetkých aglomeráciách, ktoré
majú vybudovanú stokovú sieť,




do konca roka 2010 zabezpečiť odvádzanie odpadových vôd
a ich čistenie vrátane odstraňovania nutrientov vo
všetkých aglomeráciách nad 10 000 EO
do konca roka 2015 zabezpečiť odvádzanie a plné
biologické čistenie odpadových vôd v aglomeráciách
nad 2000 EO
Vodný zákon 384/2009 Z.z.
Zákon o vodovodoch a kanalizáciách 442/2002 Z.z.
Zákon č. 7/2010 Z.z. o ochrane pred povodňami, a
iné
Odpadová voda

Odpadová voda je definovaná ako voda použitá mimo vodného zdroja, ktorej vlastnosti
boli zmenené ľudskou činnosťou a voda z atmosferických zrážok. Zákon (384/2009Z.z.)
o vodách stanovuje, že ten, kto vypúšťa odpadové vody, je povinný zabezpečiť ich
zneškodnenie.

Odpadové vody od obyvateľstva, z hygienických zariadení, niektorých
služieb ako sú napr. reštaurácie, kuchyne, hotely, nemocnice a podobne,
nazývame odpadovými vodami splaškové, resp. komunálné. V prípade
miest, kde časť odpadových vôd pochádza z priemyslu, dopravy, služieb
a podobne, hovoríme o mestských odpadových vodách.
Čistiarne odpadových vôd sú objekty a zariadenia slúžiace na čistenie
odpadových vôd s mechanickým a biologickým stupňom čistenia,
prípadne s tzv. tretím stupňom čistenia, t. j. s dočisťovaním. Za čistiarne
sa nepovažujú zariadenia pre hrubé predčisťovanie odpadových vôd
(česlá, lapače piesku, lapače olejov a podobne), septiky, žumpy a
jednoduché zariadenia, ktoré nie sú pravidelne sledované a obsluhované.

zlepšenie akosti povrchových vôd



Medzi, v súčasnosti najdôležitejšie spôsoby zlepšenia
akosti povrchových vôd patrí čistenie odpadových vôd.
Je to technologický proces, ktorý sa realizuje v čistiarní
odpadových vôd (vodohospodárskom objekte) zariadení, v ktorom sa zneškodňujú a čistia odpadové
vody a zneškodňujú, likvidujú, prípadne využívajú
produkty vzniknuté v priebehu čistenia. Podľa charakteru
odpadových vôd rozoznávame čistiareň komunálnych
(mestských), priemyselných, poľnohospodárskych a
iných odpadových vôd. Hlavným produktom, ktorý vzniká
pri čistení odpadových vôd je :
vyčistená voda,
vedľajšími sú kal a plyn.
V čistiarní odpadových vôd sú zvyčajne inštalované dve
technologické linky:
linka zneškodňovania odpadových vôd,
 linka zneškodňovania kalu – kalové hospodárstvo (Strojné
odvodnenie kalu zníži prevádzkové náklady spojené s vývozom
kalu. )
Technologická linka zneškodňovania odpadových vôd predstavuje
vlastné čistenie a v súčasnosti ju vytvárajú nasledujúce
procesy:
- Vyrovnanie množstva a akosti, mechanické procesy

hrubá filtrácia
sedimentácia
flotácia
- Fyzikálno-chemické a chemické čistenie
- Biologické čisteninie
aktivácia
biofiltrácia
-Dočisťovanie biologicky čistených odpadových vôd, resp.
dezinfekcia
Základné procesy úpravy a
čistenia odpadových vôd
Čistenie odpadových vôd



môže byť rozdelené podľa požiadaviek na úroveň
čistenia odpadových vôd alebo podľa základných metód
(technológií)
znečistenie je možné odstraňovať viacerými
technologickými postupmi, čím sa dosiahne požadovaná
kvalita vypúšťaných odpadových vôd do recipientu.
Technologické procesy čistenia a úpravy odpadových
vôd sa principiálne delia do týchto základných skupín
– mechanické,
– fyzikálno-chemické a chemické,
– biologické procesy
ČOV- zariadenia





Pretože každá priemyselná a poľnohospodárska
odpadová voda má svoje špecifické zloženie nejestvujú
stabilné všeobecne platné technologické linky pre tieto
odpadové vody.
V súčasnosti najviac prevláda mechanicko-biologické
čistenie s anaerobnou stabilizáciou kalu.
Ak je čistiaci účinok mechanicko-biologického čistenia
nedostatočný, rozširuje sa technologická linka o ďaľšie
procesy a takúto aplikáciu označujeme ako tretí stupeň
čistenia, resp. terciálne čistenie.
Väčšina priemyselných odpadových vôd sa vyznačuje
zmenou akosti a množstva v závislosti od času.
Vyrovnanie množstva - zdržaním vo vyrovnávacích
nádržiach akosti - v egalizačných nádržiach, ktoré sú
základným predpokladom optimalizácie celého
čistiaceho procesu, redukcie účinku havarijných stavov
a stabilného čistiaceho účinku
Prvý stupeň ČOV




Vyrovnanie množstva a akosti
Pri čistení odpadových vôd vyrovnanie množstva a
akosti tvorí podstatnú časť technologickej linky, je
prvým stupňom mechanickej časti čistiarne
odpadových vôd.
Na vyrovnanie množstva sa používajú vyrovnávacie
nádrže,
na vyrovnanie akosti odpadových vôd sa používajú
egalizačné nádrže. Vyrovnanie zaťaženia vody
zrovnomerňuje nasledovné operácie.
Mechanické procesy



Cedenie a mikrocedenie - najjednoduchší
proces separácie látok zo suspenzie, pričom
suspendované látky sa zachytávajú na
hrabliciach, alebo sitách, ktorých otvory sú
menšie ako odstraňované látky
Filtrácia
Sedimentácia
Hrubá filtrácia (cedenie)

Odstraňujú sa najväčšie plávajúce nečistoty.
Je to najjednoduchší proces separácie látok
zo suspenzie, pričom sa tieto nečistoty
zachytávajú na česlách, hrabliciach, alebo
sitách, ktorých otvory sú menšie ako
odstraňované látky. Zachytené nečistoty
nazývame zhrabkami.
Strojne stierané
hrablice
Hrablice,
ručne alebo strojne stierané, slúžia na
zachytávanie hrubých
nečistôt z odpadovej vody a
sú spravidla umiestnené na začiatku
technologického toku čistenia.
Filtrácia
Filtrácia
Filtrácia je druh separácie určitých látok z vody pri prietoku cez filtračnú vrstvu.
Filtračná vrstva je pórovité prostredie, ktoré vytvára zrnitý materiál alebo
filtračnú vrstvu Najčastejším filtračným materiálom je kremenný piesok s výškou
vrstvy 40 až 50 cm .
Pomalá filtrácia

je charakteristická biologickou blanou, ktorá
sa vytvára z aeróbnych mikroorganizmov v
hornej 1 - 2 cm vrstve filtračného materiálu.
Filtrácia a separácia suspendovaných látok
je podmienená biologickými, fyzikálnymi a
chemickými procesmi. (Trvá 1-3 mesiace)
Rýchlofiltrácia


je druh filtrácie koncentrovaných suspenzií, pričom
suspenzie sa zachytávajú v celej vrstve zrnitého
materiálu, ktorá sa postupne zanáša. Zanesená
vrstva sa regeneruje tak, že prúdom vody
privádzanej zdola sa filtračný materiál expanduje a
zachytené suspendované látky sa odplavia.
Rýchlofiltrácia je cyklický proces, pozostávajú
z dvoch cyklov - vlastná rýchlofiltrácia a pranie.
Hlavné faktory umožňujúce zachytenie suspenzie na
povrchu zŕn a v póroch náplne sú merná hmotnosť
častíc a molekulové adhezívne sily pôsobiace na
povrchu zrna. (50x rýchlejšia ako pomalá)

Filtrácia vysoko koncentrovaných suspenzií
cez filtračné pletivo sa najčastejšie používa
na odvodňovanie kalov. Separácia
suspendovaných látok z vody sa uskutočňuje
na filtračnom pletive.
plošná
objemová filtrácia
Sedimentácia
Patrí k najrozšírenejším separačným procesom
tuhých častíc. Tuhé častice sa oddeľujú pod vplyvom
gravitácie. Keďže sedimentácia jemných častíc by
trvala veľmi dlho, v praxi sa tento stupeň používa len
na separáciu častíc, ktorých sedimentačná rýchlosť
je vyše 5 -10 m.s-1.
Separácia suspendovaných látok sedimentáciou
prebieha
 v lapačoch štrku a piesku,
 v sedimentačných nádržiach a
 v štrbinových nádržiach.

Z hľadiska sedimentácie je dôležitý charakter a koncentrácia
suspenzie – rýchlosť usadzovania.



Lapač piesku zachytáva sedimentovateľné nerozpustné
látky a umiestňuje sa pred čerpaciu stanicu, respektíve
pred biologickú časť čistenia odpadovej vody.
Lapač tuku zabezpečuje zachytávanie vyzrážaného a
vyflotovaného tuku z odpadovej vody
Lapače tuku je doporučené umiestniť už pri zdroji
znečistenie (napr. na výtoku odpadovej vody z
veľkokapacitných kuchýň), resp. pred biologickú časť
ČOV.
4-lamelová usadzovacia nádrž
sedimentácia
Sedimentačné nádrže - rozdelenie
Podľa akosti suspendovaných látok sú usadzovacie nádrže v ČOV dvojakého
druhu :
 primárne usadzovacie nádrže (odstránenie suspendovaných látok z
odpadových
vôd pred ich biologickým čistením), zachytáva plávajúce a
sedimentovateľné nerozpustné látky z odpadovej vody a môže nahradiť lapač
tuku a lapač piesku.
 sekundárne usadzovacie nádrže (odstránenie kalových častí vznikajúcich
pri biologickom čistení). Zároveň sa využíva aj ako kalojem prebytočného
kalu z biologickej časti ČOV. Umiestňuje sa pred biologickou časťou ČOV.
 a)
Podľa druhu kalu:
 nádrže na zrnitý kal,
 nádrže na vločkovitý kal.
 b)
Podľa spôsobu prevádzky:
 nádrže s diskontinuálnou prevádzkou,
 nádrže s kontinuálnou prevádzkou.
 c)
Podľa smeru prietoku vody:
 horizontálne nádrže,
 vertikálne nádrže.
 d)
Podľa konštrukcie:
 axiálne – pozdĺžne (obdĺžnikový pôdorys),
 radiálne - kruhové.
Sedimentácia - rozdelenie
Separácia tuhých častíc vzniká vplyvom gravitácie. Rozlišujeme:
 jednoduchá sedimentácia,
 rušená sedimentácia,
 zahusťovanie.
Pri jednoduchej sedimentácii si častice zachovávajú individuálny
charakter. Rušená sedimentácia vzniká pri objemovej
koncentrácii častíc nad 0,5%, čo sa prejavuje v zmene
sedimentačnej rýchlosti častíc a vzájomným ovplyvňovaním
(rušením) pádu častíc. Ďalším zvyšovaním koncentrácie
suspenzia prechádza z rušenej sedimentácie do zahusťovania.
Pri tomto druhu sedimentácie častice strácajú svoj individuálny
charakter, suspenzia klesá ako pórovitá vrstva, z ktorej sa
vytláča kvapalina. Medzi klesajúcou vrstvou častíc /kalu/ a
kvapalinou sa vytvára zreteľné rozhranie.
Flotácia



Flotácia nachádza uplatnenie najmä
v priemysle, kde sú značne znečistené
odpadové vody obsahujúce flotujúce látky
(napr. tuky), používa sa hlavne v závodoch
na spracovanie olejov a tukov
pred vlastným biologickým čistením
na čistenie veľmi znečistených odpadových
vôd, napr. bitúnky a i.
Flotácia

Je to mechanický proces, pri ktorom sa z odpadovej
vody odstraňujú znečisťujúce látky ľahšie ako voda,
napr. oleje a tuky, ale aj veľmi jemné ťažšie častice.
Odpadová voda sa prebubláva (čo najjemnejšími
vzduchovými bublinkami; niekedy sa pridávajú aj
flotáciu podporujúce látky), pričom znečisťujúce látky
sa vynášajú na hladinu, odkiaľ sa odstraňujú
zhrabovačom.







Flotácia - v technológii vody môžeme flotáciu definovať aj ako
fyzikálno-chemický proces separácie látok z vody, pričom tieto
sú rôznymi spôsobmi vynášané na hladinu, z ktorej sa
odstraňujú. Z hľadiska použiteľnosti a podstaty procesu
rozoznávame flotáciou:
prirodzenú,
bublinkovú,
biologickú,
chemickú,
elektroflotáciu a
iónovú flotáciu.
Flotácia
.
Fyzikálno – chemické a chemické
procesy
Adsorpcia
Princíp: Ak uvedieme roztok (znečistenú vodu) do styku s
inými tuhými látkami s veľkým povrchom pozorujeme, že
koncentrácia roztoku sa zmenší. Tento jav sa nazýva
adsorpcia.
Patrí medzi progresívne procesy v technológii vody. Ako
adsorbent sa používa aktívne uhlie práškové i
granulované, nové typy adsorbentov na podklade
polymérov.
Sily, ktoré viažu adsorbát na povrch adsorbentu môžu byť
rôzneho charakteru, podľa toho adsorbciu delíme na:
 fyzikálnu, podmienenú fyzikálnymi silami,
 chemickú, ktorá je charakteristická pevnejšiou väzbou.
 Odstraňuje sa ňou najmä ropné znečištenie
Adsorbcia

patrí medzi progresívne procesy v
technológii vody
Absorbcia




Používa na napr. na odstraňovanie dusíkatých látok
z odpadových vôd.
Čpavková voda je pre priame použiti napr. hnojenie
nevhodná pretože sa do nej absorbuje oxid uhličitý
(napr. z bioplynu).
Z absorpcie vystupuje OV ako kvapalná fáza koncentrovaný roztok technického uhličitanu amonného
a bioplyn so sníženým obsahom CO2.
Častejšie sa tento proces využíva ako biologická
absorbcia, napríklad na odstraňovanie zápachu vody,
viď biologické procesy.
Čírenie





Slúži na koaguláciu (zhlukovanie rozptýlených dispergovaných)
častíc do väčších celkov, ktoré je potom možné mechanickým
spôsobom odstrániť.
Proces koagulácie pozostáva z 2 hlavných fáz:
perikinetická - rýchle zmiešanie OV s čiridlom, trvá veľmi
krátko, výsledkom sú mikrovločky - 5 μm,
ortokinetická - pomalé miešanie, trvá 10-20 minút a
výsledkom sú vločky veľkosti 0,5 - 0,6 mm.
Na rýchlosť narastania vločiek má vplyv aj teplota:




15 - 20o C - vločkovanie dobré,
pri teplote menej ako 10oC vločky sú malé a zle filtrovateľné.
rýchlosť narastania vločiek a ich filtrovateľnosť môžeme priaznivo ovplyvniť
prídavkom pomocných koagulačných činidiel zvyšujúcich vplyv primárneho
koagulantu.
Aglomeráciou malých častíc sa vločky zväčšujú, čo je to výhodné pri
usadzovaní a pri odvodňovaní kalu
Schéma číriča
1 – prívodové potrubie, 2 – vločkovací priestor, 3 – dávkovanie zrážadiel,
4 – lopatky čerpadla, 5 – rozdeľovací priestor, 6 – číriaci priestor, 7 – upravená voda, 8
– odtok, 9 – zahusťovací priestor, 10 – kalové potrubie, 11 – vypúšťanie.







Extrakcia Extrakcia je difúzny proces, pri ktorej sa vody, z ktorej treba
oddeliť nejakú zložku uvedie do styku s inou kvapalinou - rozpúšťadlom
(extrahovadlom), kde sa oddelená zložka lepšie rozpúšťa ako ostatné zložky
upravenej prípadne čistenej vody.
Extrakcia sa pri čistení odpadových vôd požíva na odstránenie niektorých
toxických látok, alebo na získanie dôležitých surovín z niektorých priemyselných
odpadových vôd. Extrakcia je proces pomerne ekonomicky nákladný.
Najjednoduchším typom extrakčného zariadenia je valcovitá nádoba s miešadlom
(extraktor), do ktorej sa privedie odpadová voda a extrahovadlo, zmes sa dokonale
premieša a nechá sa v tej istej alebo separátnej nádobe usadiť, čím sa oddelí
extrakt a rafinát. Viacnásobná extrakcia si vyžaduje dve nádoby miešač a
usadzovač.
Zrážanie -Zrážaním sa zlúčeniny rozpustné vo vode vyzrážajú ako málo
rozpustné zrazeniny, ktoré sa môžu odstraňovať usadzovaním, filtráciou,
odstredením alebo flotáciou. Pri ČOV sa použ. adsorpčné zrážanie, pri
ktorom vytvorené vločkové zrazeniny adsorpciou alebo spoluzrážaním
zadržujú látky, ktoré sa majú odstrániť. Proces zrážania sa realizuje
diskontinuálne alebo kontinuálne. Vznikajúci kal, ktorý má vysoký obsah
vody sa zahusťuje, odvodňuje (kalolismi, vákuofiltrami) a následne
zneškodňuje.
Destilácia a rektifikácia
používa sa na odsoľovanie vôd a na odstraňovanie znečisťujúcich látok v
odpadových vodách. Používa sa pri čistení odpadových vôd chemického a petrochemického priemyslu a pri výrobe buničiny.
Vypudené zložky sa spaľujú alebo zachytia na ďalšie použitie .
Iónová výmena – schopnosť niektorých látok vymeniť ióny z
vlastných molekúl za ióny z roztokov, ktoré cez ne pretekajú
• kolónovým (dynamickým) spôsobom, roztok preteká kolónou
naplnenou zrnitým ionexom

Ionexy sú nerozpustné vysokomolekulové látky, obsahujúce
ionizovateľné skupiny. Chemickým zložením môžu byť anorganické
alebo organické, prirodzené alebo synteticky pripravené , podľa
funkčnej schopnosti ich rozdeľuje na vymieňače katiónov - katexy
a vymieňače aniónov – anexy, rozm.tvaru- guľky, drvina, vlákna,
rúrky, membrány a i.
 ionex - pórovitosť ovplyvňuje rýchlosť difúzie iónov)
Pracovný cyklus ionexu pozostáva zo štyroch operácií:
1. Sorpčná fáza - v tejto fáze sa uskutočňuje vlastná iónová výmena
2. Pranie ionexu - slúži na skyprenie vrstvy
3. Regenerácia - elúcia zachytených iónov a súčasne opätovné
prevedenie ionaxu do pracovnej formy, pomocou regeneračného
činidla
4. Vymývanie - premývanie kolóny s vodou, čím sa odstraňuje
regeneračné činidlo



Membránové separačné procesy
Separačný účinok (tab.) sa zakladá na rozličnom
mechanizme elementárnych dejov, ako sú filtrácia na úrovni
molekúl (ultrafiltrácia, obrátená osmóza), rozpúštanie, alebo
reakcia jednej zložky separovanej zmesi v membráne, ktorá
potom difunduje membránou do druhej fázy, priťahovanie a
odpudzovanie
niektorých
zložiek
membránou
(elektordialýza).
Používajú sa predovšetkým na odsoľovanie vody, ako aj na
čistenie niektorých odpadových vôd a na úpravu vody.
Charakteristika bežných membránových separačných postupov
Membránový separačný
proces
Hnacia sila - tok
Osmóza
rozdiel koncentrácií rozpúšťadla
Obrátená osmóza
rozdiel tlakov rozpúšťadla
Ultarfiltrácia
rozdiel tlakov
Elektroosmóza
Dialýza
EMN (elektromotorické napätie)
rozpúšťadla
rozdiel koncentrácií rozpustenej látky
Elektrodialýza
EMN iónov elektrolytu
Membránové separčné procesy
Obrátená osmóza - prenikanie molekúl rozpúšťadla cez polopriepustnú
(semipermeabilnú) blanu do roztoku sa nazýva osmóza
- pri obrátenej osmóze sa používajú najmä polopriepustné
membrány z acetátu celulózy a z aromatických polyamidov
Ultafiltrácia - Filtrácia cez membrány s priemerom pórov na úrovni molekúl
makromolekulových látok (nm) priebeh ultrafiltrácie sa urýchľuje rozdielom
tlakov,ktorý nepresahuje 0,5 MPa
Elektrodialýza - sa používa tak na odsoľovanie vody, ako aj na
získania koncentrovaných soľných roztokov z morskej vody
- pri spracovaní kvapalných rádioaktívnych odpadov, pri
regenerácii a čistení rôznych odpadových roztokov, pri čistení
odpadových vôd obsahujúcich zlúčeniny chrómu, pri čistení sulfitových
lúhov apod.
Princíp osmózy je zreteľný pri sústave spojených nádob predelených
v spodnej časti polopriepustnou membránou. Táto membrána vďaka
svojej konštrukcii prepúšťa iba molekuly vody z dôvodu ich malých
rozmerov. Ak je v sústave spojených nádob čistá voda, hladiny budú v
rovnakej výške. Ak pridáme do jedného valca nečistoty, voda nám začne
pretekať zo strany čistej vody do strany vody s nečistotami. Vznikne nám
rozdiel hladín h, ktorý je dôsledkom prirodzeného javu nazývaného
Osmotický tlak  je v rovnováhe z hydrostatickým tlakom vodného stÍpca
o výške h. Osmotický tlak je daný súčinom plynovej konštanty R,
absolútnej teploty T a molárnej koncentrácie c.
Pri pôsobení tlakom na strane znečistenej vody, zmení sa smer toku vody
pričom polopriepustná membrána zabráni prenikaniu väčšiny nečistôt a
prepustí iba molekuly vody. Tento proces sa nazýva reverzná osmóza
Polopriepustné membrány zaznamenali v posledných desaťročiach
výrazné zlepšenia. Pri uplatnení nových syntetických materiálov
polopriepustných membrán preukazujú dlhú životnosť a efektívnosť pri
odstraňovaní nečistôt.
Reverzná –
obrátená osmóza
Účinnosť obrátenej osmózy sa charakterizuje:


výťažnosťou vody, definovanou ako podiel množstva
upravenej vody k celkovému množstvu surovej vody
privádzanej do zariadenia. Je určená rýchlosťou toku vody
membránou, ktorá závisí od použitého pracovného tlaku a od
pórovitosti membrány. Za optimálnu sa pokladá 75% výťažnosť
vody,
mierou zadržania soli zo surovej vody, ktorá je určená
tokom soli membránou. Tento tok nezávisí od použitého
prevádzkového tlaku a zväčšuje sa s koncentráciou roztoku.
Zadržanie solí, v závislosti od druhu iónov je v rozmedzí 90 až
99%.



Základnou súčasťou zariadenia na obrátenú osmózu je
modul. V moduloch je umiestnený maximálny počet
membrán do minimálneho priestoru tak, aby membrány
mohli byť vystavené tlaku niekoľko MPa.
So zvyšovaním počtu modulov možno ľubovoľne meniť
kapacitu zariadenia. Modul môže byt tvorený plochými
membránami (platňami) upevnenými na rám, dvoma
špirálovito stočenými plochými membránami, medzi
ktorými je pórovitý nosič (špirálový modul), membránou
uloženou na vnútornom povrchu pórovitej rúrky, do ktorej
sa zavádza surová voda a čistá voda sa odvádza
otvormi na povrchu (tubulárny modul), alebo veľkým
počtom dutých vlákien zaliatych do pórovitej látky
(surová voda sa zavádza dovnútra vlákien a ich stenami
prechádza vyčistená voda.)
Prvé tri moduly sú zväčša vyhotovené z acetátu
celulózy a posledný z polyamidu.
Reverzná osmóza


nevznikajú nijaké chemické zmeny,
tento proces možno použiť aj na získanie
cenných látok z odpadových vôd.
Ultafiltrácia

Ultrafiltrácia je to filtrácia cez membrány s priemerom
pórov vniekoľko nm. Je to tiež filtrácia na úrovni
makromolekúl. Priebeh ultrafiltrácie sa urýchľuje
rozdielom tlakov. Tento tlakový rozdiel možno vytvoriť
odsávaním pod filtrom (vákuová filtrácia, alebo
pôsobením vonkajšieho tlaku na filtrovaný roztok
(tlaková filtrácia). Použitý pracovný tlak nepresahuje 0,5
MPa.
ULTRAFILTRÁCIA
Používa sa pri oddelení dispergovaných pevných častíc
v koloidných roztokoch.
Princíp

Ultafiltrácia

veľkosť otvoru pri
ultrafiltrácii 0,0002mm
veľkosť
baktérie
0,0005 ÷ 0,001mm
Obr. Ultra jemná
keramická filtrácia

ULTRAFILTRÁCIA

Čistená odpadová voda prúdi pod tlakom vysokou rýchlosťou
(až 6m/s ) nad povrchom polopriepustnej membrány . Účinkom
tlakového gradientu sa pritom zo separovanej kvapaliny cez
membránu oddeľujú voda a v nej rozpustené nízkomolekulárne
látky. Túto frakciu nazývame permeát. Naopak ultrafiltračná
polopriepustná membrána zadržiava nerozpustené ,
emulgované a rozpustené vysokomolekulárne látky.
Následkom oddeľovania permeátu sa nad membránou
postupne zvyšuje koncentrácia membránou zadržiavaných
látok. Túto frakciu so zvýšeným obsahom membránou
zadržiavaných látok nazývame koncentrát (retentát).
Elektrodialýza

Vplyvom koncentračného gradientu na obidvoch stranách
polopriepustnej membrány prechádzajú cez ňu zložky,
ktorých molekuly sú menšie, ako je priemer pórov
membráne. Tento separačný proces sa nazýva dialýza.
Používa sa na oddelenie solí od väčších koloidných častíc,
alebo na vzájomnú separáciu organických látok, ktoré sa
od seba líšia relatívnou molekulovou hmotnosťou. Ak
umiestnime do roztokov oddelených membránou opačne
nabité inertné elektródy, možno zavedením elektrického
prúdu urýchliť dialýzu iónových alebo elektricky nabitých
zlúčenín. Hnacou silou pri elektrodialýze je elektrické pole
vložené na membránový systém.
Pre elektrodialýzu sa používajú ionovo selektívne ionexové
membrány. Vlastná konštrukcia zariadenia je veľmi
jednoduchá. Medzi dvoma elektródami sú striedavo
umiestnené katexové a anexové membrány, ktoré oddeľujú
odsoľovacie cely od ciel koncentračných.
 V odsoľovacích celách sa slaná voda zriedi a v susedných
koncentračných sa zasa koncentruje.
 Z odsoľovacích ciel sa odoberá odsolená voda, z
koncentračných ciel roztok s vysokou slanosťou.
 V praxi používané zariadenia obsahujú až niekoľko sto ciel.
Používa sa na:
- odsoľovanie alebo na získavanie koncentrovaných soľných
roztokov.
pri spracovaní kvapalných rádioaktívnych odpadov,
- pri regenerácii a čistení rôznych odpadových roztokov,
- pri čistení odpadových vôd obsahujúcich zlúčeniny
chrómu,
- pri čistení sulfitových lúhov apod.

Elektrodialýza -
Neutralizácia - je často používaný proces v technológii vody,
používa sa pri úprave vôd (odkysľovanie a pri čistení
priemyselných odpadových vôd. Neutralizáciou sa upravuje pH
hodnota kyslých alebo zásaditých odpadových vôd.
Možno ju uskutočniť:
1. vypúšťaním kyslých odpadových vôd do rieky kde sa kyselinami
neutralizujú hydrogéuhličitanmi prítomnými vo vode
2. zmiešaním kyslých a zásaditých odpadových vôd v rámci jedného
závodu a dodatočnou úpravou pH výsledných vôd už len malými
dávkami neutralizačných činidiel
3. filtráciou kyslých odpadových vôd cez filtračnú náplň vápenca
alebo dolomitu vhodnej zrnitosti
Radiačno-chemické procesy – využívajú sa v technológii
vody, najmä na základe deštrukčných a bionegatívnych
účinkov vysoko-energetického žiarenia na vodné systémy.
Účinok vysoko-energetického žiarenia na vodné roztoky
(odpadové vody) je zvyčajne nepriamy. Rozpustená látky
sa zväčša redukuje alebo oxiduje. Voda sa pritom najprv
účinkom žiarenia rozloží na radikály a molekulové
produkty (H2O2 a H2), ktoré až potom reagujú s
molekulami rozpustenej látky a vyvolávajú príslušné
zmeny.
Bionegatívne účinky vysoko-energetického žiareniagama žiariče, urýchľovače elektrónov, UV žiariče - možno
využiť na hygienické zabezpečenie pitnej vody,
dezinfekciu
odpadových
vôd
príp.
sterilizáciu
čistiarenských kalov.
Elektrochemické procesy - pri čistení odpadových vôd veľmi
znečistených a toxických, pomocou jednosmerného
elektrického prúdu možno oddeliť a skoagulovať koloidné
látky vo forme dobe sedimentujúcich vločiek - medzi
železnými a hliníkovými elektródami. Po zapojení
jednosmerného prúdu vznikajúce ióny železe (hliníka)
pôsobia ako koagulanty (elektrokoagulácia). Po vyvločkovaní
sa odpadová voda odvádza sa do usadzovacích nádrží, kde
zotrváva asi hodinu.
Elektrokoagulácia sa využíva na čistenie veľmi znečistených
odpadových vôd, napr. z výroby buničiny, papiera,
drevospracujúceho priemyslu, z jatiek, konzervární, pri
odpadových vodách s obsahom tukov, mazív a olejov.V
niektorých prípadoch sa používa - elektroflotačná metóda.
Dve elektródy sa nachádzajú v nádrži s vodnou suspenziou.
Po zapojení jednosmerného prúdu vzniká vodík a kyslík vo
forme jemných bubliniek, ktoré vynášajú na povrch
odstraňované látky.
Odplynovanie




Vo vode, ktorá je v styku so vzduchom sú rozpustené
plyny – kyslík, dusík a oxid uhličitý. Kyslík a oxid uhličitý
treba pre niektoré použitia odstraňovať, lebo pôsobia
korozívne, dusík je neškodný. Odplynovanie je preto jedno
z najúčinnejších protikoróznych opatrení. Vodu možno
odplyniť termicky a chemicky.
Termické odplynenie-intenzívny styk s vyhrievacou parou.
Na tento účel sa voda rozdelí na malé kvapôčky a z
padajúcich kvapiek sa vplyvom zdola vystupujúcej vyhriatej
pary odstránia rozpustené plyny.
chemicky - dávkovaním vhodných chemikálií možno i
zostatkové množstvá kyslíka úplne odstrániť-hydrazín nevýhodou je vysoká cena a nedostupnosť hydrazínu.