ΜΑΘΗΜΑΤΑ eLEARNI NG ΓΙ Α ΤΟΝ ΛΕΙ ΤΟΥΡΓΟ ΤΩΝ ΣΤΑΘΜΩΝ ΒΙ ΟΛΟΓΙ ΚΟΥ ΚΑΘΑΡΙ ΣΜΟΥ
ΚΕΦΑΛΑΙ Ο 2. 5
ΚΥΡΙΕΣΜΕΘΟΔΟΙ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΑΣΤΙΚΩΝ ΛΥΜΑΤΩΝ
Nireas Project 2.5
E-learning
Page 1
Nireas Project 2.5
Πίνακας περιεχομένων
2.5 ΠΡΟΗΓΜΕΝΗ (ΤΡΙΤΟΒΑΘΜΙΑ) ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ..................................................................... 4 2.5.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ................................................................................................................. 4 2.5.1 ΔΙΗΘΗΣΗ .................................................................................................................. 9 2.5.1.1 2.5.1.2 2.5.1.3
2.5.2 2.5.3 2.5.4 2.5.5 2.5.5.1 2.5.5.2
2.5.6
E-learning
Διήθηση βάθους .............................................. Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης. Διήθηση επιφάνειας ........................................................................................................ 21 Διήθηση με μεμβράνες.................................................................................................... 28
ΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗ ....................................................................................................... 52 ΙΟΝΤΟΕΝΑΛΛΑΓΗ .................................................................................................. 63 ΠΡΟΗΓΜΕΝΕΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΕΣ ΟΞΕΙΔΩΣΗΣ ........................................................... 66 ΧΗΜΙΚΗ ΚΑΤΑΚΡΗΜΝΙΣΗ ..................................................................................... 69 Απομάκρυνση φωσφόρου .............................................................................................. 69 Απομάκρυνση βαρέων μετάλλων και διαλυμένων ανόργανων συστατικών .................... 74
ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ & ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ................................................................................. 76
Page 2
Nireas Project 2.5
Βιβλιογραφία California State University. (2008). Operation of Wastewater Treatment Plants - Volume I. Sacramento . David H.F. Liu, Bela G. Liptak. (1999). Environmental Engineers Handbook. Eddy, Μ. &. (1999). Wastewater treatment. Emerick, R. F. (2000). Modeling the inactivation of particle assosiated coliform bacteria. Water Environment Research , 72 (4). Felipe Solsona, Juan Pablo Méndez. (2003). Water Disinfection. Harold Wright, Gail Sakamoto, / Revised and expanded by Gabriel Chevrefils, Eric Caron. (2006). UV Dose Required to Achieve Incremental Log Inactivation of Bacteria, Protozoa and Viruses. London, Ontario, Canada, Montreal: Trojan Technologies Inc. Harris, G. (1987). Ultraviolet inactivation of selected vacteria and viruses with photoreactivation of vacteria. Water Resources (21), p. 692. Ho, K. a. (1981). UV disinfection of tertiary and secondary effluents. Wat. Pollution Res. J. of Canada , 16,33. John M. Stubbart, W. G. (2006 ). AWWA Wastewater Operator Field Guide. USA. NSF, (. S. (1991). NSF Standard 55: Ultraviolet Water Treatment Systems. National Sanitation Foundation, Ann Arbor, MI. Office of Water Program Operations, US EPA. Performance evaluation and trouble shooting at municipal wastewater treatment facilities. Washington, DC. Office of Water Programms, College of Engineering and Computer Science, California State University. (2008). Operation of Wastewater Treatment Plants (7 ed., Vol. I). Sacramento. Qualls B.G., J. J. (1985). Modeling and efficiency of Ultraviolet disinfection systems. Water Research , 8, 1039. Tchobanoglous G., a. C. (1998). Small and Decentralized Wastewater. New York, USA: The McGraw-Hill Companies. Tchobanoglous, G. (1997). UV Disinfection: An Update. Presented at Sacramento Municipal Utilities District Electrotechnology Seminar Series. Sacramento, CA. USEPA. (1996). Ultraviolet Light Disinfection Technology in Drinking Water Application - An Overview. (W. O. Drinking, Ed.) EPA , 811-R-96-002. White, G. (1978). Disinfection of Wastewater and Water for Reuse. www.sswm.info. (n.d.). Retrieved from www.sswm.info
E-learning
Page 3
Nireas Project 2.5
2.5 ΠΡΟΗΓΜΕΝΗ ή ΑΝΩΤΕΡΗ ή ΤΡΙΤΟΒΑΘΜΙΑ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ 2.5.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η προηγμένη ή ανώτερη ήτριτοβάθμια επεξεργασία λυμάτων ορίζεται ως η πρόσθετη επεξεργασία που απαιτείται για την απομάκρυνση των αιωρούμενων, κολλοειδών, και διαλυμένων συστατικών που απομένουν μετά από συμβατική δευτεροβάθμια επεξεργασία. Η ανάγκη για προηγμένη επεξεργασία λυμάτων βασίζεται στην εξέταση/θεώρηση ενός ή περισσοτέρων από τους ακόλουθους παράγοντες:
• Η ανάγκη για την απομάκρυνση οργανικής ύλης και των ολικών αιωρούμενων στερεών, πέρα από αυτήν που μπορεί να επιτευχθεί με συμβατικές δευτεροβάθμιες διαδικασίες επεξεργασίας, προκειμένου να ικανοποιηθούν αυστηρότερες απαιτήσεις απόρριψης (διάθεσης σε αποδέκτη) και επαναχρησιμοποίησης.
• Η ανάγκη για την απομάκρυνση υπολειμμάτων ολικών αιωρούμενων στερεών ώστε να επιτύχουμε μία πιο αποτελεσματική απολύμανση.
• Η ανάγκη για απομάκρυνση των θρεπτικών συστατικών, πέρα από αυτήν που μπορεί να επιτευχθεί με συμβατικές μεθόδους δευτεροβάθμιας επεξεργασίας, για τον περιορισμό του ευτροφισμού των ευαίσθητων υδάτινων αποδεκτών.
• Η ανάγκη για την απομάκρυνση συγκεκριμένων ανόργανων (π.χ. βαρέα μέταλλα) και οργανικών συστατικών για την ικανοποίηση των αυστηρότερων απαιτήσεων απόρριψης στα επιφανειακά νερά ή επαναχρησιμοποίησής τους για για εδαφική διάθεση-άρδευση και για τις έμμεσες εφαρμογές επαναχρησιμοποίησης για πόσιμο νερό (π.χ. εμπλουτισμός των υπόγειων υδάτων, διάθεση σε επιφανειακά νερά που μετά από καταλληλη επεξεργασία χρησιμοποιούνται για παραγωγή πόσιμου νερού ). Για να ανταποκριθούν στις νέες απαιτήσεις, πολλές από τις υπάρχουσες εγκαταστάσεις δευτεροβάθμιας επεξεργασίας θα πρέπει να τροποποιηθούν-επεκταθούν κατάλληλα και να κατασκευαστούν νέες εγκαταστάσεις ανώτερης (τριτοβάθμιας) επεξεργασίας λυμάτων. Τα συστήματα ανώτερης επεξεργασίας χαρακτηρίζονται από τον τύπο της μονάδας επεξεργασίας ή από τις κύριες διεργασίες απομάκρυνσης ως εξής:
E-learning
Page 4
Nireas Project 2.5 1. Διήθηση (φίλτρανση) – Απομάκρυνση οργανικών και ανόργανων κολλοειδών και των αιωρουμένων στερεών 2. Προσρόφηση – Απομάκρυνση διαλυμένων οργανικών συστατικών 3. Ιοντοεναλλαγή – Απομάκρυνση αζώτου, βαρέων μετάλλων και ολικών διαλυμένων ν στερεών 4. Ανώτερηες
διεργασίες
οξείδωσης
-
Απομάκρυνση
διαλυμένων
οργανικών
συστατικών 5. Χημική κατακρήμνιση – Απομάκρυνση φωσφόρου, βαρέων μετάλλων και διαλυμένων ανόργανων συστατικών Οι
τυπικές
μονάδες
επεξεργασίας
και
των
διαδικασιών
για
την
απομάκρυνση
των
("ανεπιθύμητων") υπολειμματικών συστατικών που βρίσκονται στα επεξεργασμένα λύματα δίνονται στον επόμενο Πίνακα. Τυπικές μονάδες λειτουργίας και των διαδικασιών για την απομάκρυνση των υπολειμματικών συστατικών που βρίσκονται στα επεξεργασμένα λύματα (1 από 2)
E-learning
Page 5
Nireas Project 2.5
(Eddy, 1999)
E-learning
Page 6
Nireas Project 2.5 Τυπικές μονάδες λειτουργίας και των διαδικασιών για την απομάκρυνση των υπολειμματικών συστατικών που βρίσκονται στα επεξεργασμένα λύματα (2 από 2-Συνέχεια)
(Eddy, 1999)
E-learning
Page 7
Nireas Project 2.5 Τα τυπικά διαγράμματα ροής προηγμένων διεργασιών επεξεργασίας που περιλαμβάνουν πολλές από τις τεχνολογίες που αναφέρθηκαν στον παραπάνω πίνακα παρουσιάζονται στο επόμενο Σχήμα. Τυπικά διαγράμματα ροής για την επεξεργασία λυμάτων χρησιμοποιώντας προηγμένες μεθόδους επεξεργασίας με (α) δευτεροβάθμια εκροή και (β) πρωτοβάθμια εκροή (μετά από προκαθίζηση)
E-learning
Page 8
Nireas Project 2.5
(Eddy, 1999)
2.5.1 ΔΙΗΘΗΣΗ (ή ΔΙΥΛΙΣΗ ή ΦΙΛΤΡΑΝΣΗ) Η γενική ταξινόμηση των διαδικασιών διήθησης που χρησιμοποιούνται συνήθως στηντεχνολογία επεξεργασίας λυμάτων παρουσιάζονται στο επόμενο σχήμα. Ταξινόμηση των διαδικασιών διήθησης που χρησιμοποιούνται στην επεξεργασία λυμάτων
(Eddy, 1999)
E-learning
Page 9
Nireas Project 2.5
2.5.1.1 Διύλιση ή Διήθηση σε Φίλτρα βάθους (με πληρωτικό κοκκώδες υλικό σε στρώσεις). Διαδικασία Στην διύλιση βάθους, η συγκράτηση (αφαίρεση) της αιωρούμενης ύλης συμβαίνει στην επιφανεία και μέσα στο στρώμα διήθησης
ή του φίλτρου). Τα αιωρούμενα σωματίδια συγκρατούνται-
προσκολλούνται Η διύλιση (φίλτρανση) βάθους μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σαν στάδιο προεπεξεργασίας για τη διήθηση με μεμβράνες. Τα γενικά χαρακτηριστικά
ενός συμβατικού
ταχέος φίλτρου τύπου βάθους, κοκκώδους μέσου απεικονίζονται στο επόμενο σχήμα. Γενικά χαρακτηριστικά και λειτουργία ενός συμβατικού ταχέος φίλτρου βάθους με πληρωτικό υλικό κοκκώδες μέσο (συνήθως άμμο): (a) ροή κατά τη διάρκεια του κύκλου διήθησης και (b) ροή κατά τη διάρκεια του κύκλου αντίστροφης πλύσης
E-learning
Page 10
Nireas Project 2.5
(Eddy, 1999) Όπως φαίνεται, το μέσο διήθησης (άμμος στην περίπτωση αυτή) στηρίζεται σε ένα στρώμα χαλικιών, το οποίο, με τη σειρά του στηρίζεται στο στράγγισης του φίλτρου . Το νερό πρέπει να διηθηθεί εισέρχεται στο φίλτρο από ένα κανάλι εισόδου και κατανέμεται στην επιφάνεια του φίλτρου. Το διηθημένο νερό συλλέγεται στο σύστημα στράγγισης, το οποίο χρησιμοποιείται επίσης κατά την ανάστροφη ροή για την αντίστροφη πλύση του φίλτρου. Το νερό που διηθείται συνήθως να απολυμαίνεται πριν από την απόρριψή του στο περιβάλλον. Αν το διηθημένο νερό πρόκειται να επαναχρησιμοποιηθεί, μπορεί να προωθηθεί σε μία δεξαμενή αποθήκευσης ή στο σύστημα διανομής του ανακτημένου νερού. Διαδικασία διήθησης σε ένα φίλτρο βάθους
Κατά τη διάρκεια της διήθησης σε ένα συμβατικό φίλτρο βάθους, με ροή από επάνω προς τα κάτω, τα λύματα που περιέχουν αιωρούμενα σωματίδια εφαρμόζονται στο άνω μέρος της κλίνης του φίλτρου. Καθώς το νερό περνά μέσα από το διηθητικό στρώμα, η αιωρούμενη ύλη στα λύματα απομακρύνεται με μια ποικιλία μηχανισμών απομάκρυνσης όπως περιγράφονται παρακάτω. Με το πέρασμα του χρόνου, καθώς η αιωρούμενη ύλη συσσωρεύεται μέσα στα διάκενα του κοκκώδους μέσου, οι υδραυλικές απώλειες μέσω του φίλτρου αυξάνονται ξεπερνούν την αρχική
E-learning
Page 11
Nireas Project 2.5 τιμή. Μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, το λειτουργικό ύψος των απωλειών ή θολερότητα των λυμάτων φθάσει σε ένα προκαθορισμένο ύψος απωλειών ή ή τιμή θολερότητας υπερβεί κάποιο όριο και το φίλτρο πρέπει να καθαριστεί. Στην πράξηη αύξηση της πίεσης λειτουργίας (ή το ύψος του νερού πάνω από την επιφάνεια) καθορίζουν τη στιγμή που θα ξεκινήσει ο καθαρισμός του φίλτρου ( κύκλος αντίστροφης πλύσης).
Διαδικασία διήθησης και αντίστροφης πλύσης σε ένα τυπικό φίλτρο βάθους (που λειτουργεί κλειστό - υπό πίεση)
Το μέγεθος κόκκου είναι το κύριο χαρακτηριστικό του μέσου διηθησης που επηρεάζει τη λειτουργία του φίλτρου. Το μέγεθος κόκκου επηρεάζει τόσο τις απώλειες καθαρού νερού όσο και τις απώλειες κατά τη διάρκεια της ροής διαμέσου του φίλτρου. Εάν το μέσο διήθησης έχει μικρούς κόκκους,, το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας θα δαπανηθεί στην υπερνίκηση της τριβής (αντίστασης) του στρώματος διήθησης. Από την άλλη πλευρά, εάν το μέγεθος των κόκκων είναι πολύ μεγάλο, πολλά από τα μικρά σωματίδια του νερού θα περάσουν διαμέσου της κλίνης στην εκροή. Το τέλος του κύκλου του φίλτρου (φάση διήθησης) επιτυγχάνεται όταν τα αιωρούμενα στερεά στην εκροή αρχίσουν να αυξάνονται πέρα από ένα αποδεκτό όριο, ή το ύψος απωλειών του στρώματος διήθησης υπερβεί ένα προκαθορισμένο όριο.. Όταν μία από αυτές τις συνθήκες έχει επιτευχθεί, η
E-learning
Page 12
Nireas Project 2.5 φάση διήθησης τερματίζεται, και το φίλτρο πρέπει να καθαριστεί (αντίστροφη πλύση) για να αφαιρεθεί το υλικό (αιωρούμενα στερεά) που έχει συσσωρευτεί μέσα στην κοκκώδη κλίνη του φίλτρου. Η αντίστροφη πλύση επιτυγχάνεται με την αναστροφή της ροής μέσω του φίλτρου, ενώ σε κάποιες περιπτωσεις χρησιμοποιείται και παροχή αέρα μαζί με το νερό, ο οποίος βοηθά στην τυρβώδη ανάμιξη του νερού και κινηρτικότητα των κόκκων της άμμου. Μία επαρκής ροή του νερού πλύσης εφαρμόζεται μέχρις ότου το κοκκώδες μέσο διήθησης ανασηκωθεί και ρευστοποιηθεί , προκαλώντας τα σωματίδια του μέσου διήθησης να τρίβονται το ένα πάνω στο άλλο. Η αιωρούμενη ύλη που κατακρατάται μέσα στο φίλτρο απομακρύνεται με τις "διατμητικές" δυνάμεις, που δημιουργούνται από το νερό έκπλυσης καθώς κινείται μέσα από τη διευρυμένη κλίνη. Το υλικό που έχει συσσωρευτεί εντός της κλίνης στη συνέχεια συμπαρασύρεται και ξεπλένεται. Ο συνδυασμός νερού και αέρα , όταν χρησιμοποιείται ενισχύει τον καθαρισμό του φίλτρου κλίνης με μικρότερες ποσότητες νερού πλύσης. Στα περισσότερα διαγράμματα ροής των μονάδων επεξεργασίας λυμάτων, το νερό πλύσης που περιέχει τα αιωρούμενα στερεά που αφαιρούνται από το φίλτρο, επιστρέφει στις εγκαταστάσεις πρωτοβάθμιας καθίζησης ή στη διαδικασία βιολογικής επεξεργασίας.
E-learning
Page 13
Nireas Project 2.5 Ανάλογα με την ποιότητα των δευτεροβάθμιων λυμάτων, πραγματοποιείται προσθήκη χημικών (κροκιδωτικών) για τη βελτίωση της απόδοσης των φίλτρων εκροής. Η προσθήκη χημικών πραγματοποείται
επίσης
για
την
επίτευξη
συγκεκριμένων
στόχων
επεξεργασίας,
συμπεριλαμβανομένης της απομάκρυνσης των ειδικών ρύπων, όπως φώσφορο, μεταλλικά ιόντα, και χουμικές ουσίες. Για τον έλεγχο του ευτροφισμού, η διαδικασία της διήθησης με προσθήκη χημικών, χρησιμοποιείται σε πολλά μέρη της χώρας για την απομάκρυνση του φωσφόρου από λύματα εγκαταστάσεων επεξεργασίας που απορρίπτονται σε ευαίσθητους υδάτινους αποδέκτες. Η διαδικασία διήθησης δύο σταδίων έχει αποδειχθεί ότι είναι πολύ αποτελεσματική, επιτυγχάνοντας επίπεδα φωσφόρου των 0.2 mg / L στα καθαρισμένα λύματα. Οι χημικές ουσίες που χρησιμοποιούνται συνήθως σε διηθημένες εκροές περιλαμβάνον μια ποικιλία από οργανικά πολυμερή(πολυηλεκτρολύτες), θειικο αργίλιο, και χλωριούχο σίδηρο. Ταξινόμηση φίλτρων Τα φίλτρα μπορούν να ταξινομηθούν αναλόγως της λειτουργίας τους ως διακοπτόμενης λειτουργίας φίλτρανσης (διαλέιπουσας λειτουργίας, μέχρι να βουλώσουν)
και συνεχού
λειτουργίας. •
Μέσα σε κάθε μία από τις δύο ανωτέρω ταξινομήσεις, υπάρχουν μια σειρά από διαφορετικούς τύπους φίλτρων ανάλογα με το στρώμα (κλίνη) διήθησης (π.χ., ρηχή, συμβατική, και βαθιά κλίνη)
•
Το είδος του μέσου διήθησης που χρησιμοποιείται (μονο-, διπλό- και πολυμέσο) σε μονο-, δι- και πολυστρωματικά φίλτρα)
•
Το κατευθυνση ροής της λειτουργίας (ροή προς τα κάτω ή προς τα άνω)
•
Ο τύπος της κινητήριας δύναμης (π.χ. με βαρύτητα τα ανοικτά ή με πίεση τα κλειστά)
•
Η μέθοδος που χρησιμοποιείται για τη διαχείριση των στερεών (δηλ. επιφανειακή ή εσωτερική αποθήκευση).
Φίλτρα που χρησιμοποιούνται πιο συχνά στη διήθηση λυμάτων (1) συμβατικά φίλτρα καθοδικής ροής (2) φίλτρα κλίνης βάθους καθοδικής ροής (3) φίλτρα κλίνης βάθους ανοδικής ροής συνεχούς αντίστροφης πλύσης (4), φίλτρα κινούμενης κλίνηςδιήθησης (5) φίλτρα κινούμενης γέφυρας (6) φίλτρα συνθετικού μέσου
E-learning
Page 14
Nireas Project 2.5 (7) φίλτρα πίεσης
Εγκατάσταση φίλτρου κλίνης βάθους
Επεξηγηματικά σχήματα των βασικών τύπων φίλτρων κοκκώδους μέσου: (a) συμβατικά μονά φίλτρα καθοδικής ροής, (b) συμβατικά διπλά φίλτρα καθοδικής ροής, (c) μονά φίλτρα κλίνης βάθους καθοδικής ροής, (d) φίλτρα κλίνης βάθους ανοδικής ροής συνεχούς αντίστροφης πλύσης, (e) φίλτρα μεταβλητής στάθμης λειτουργίας, (f ) φίλτρα κινούμενης γέφυρας, (g) φίλτρα συνθετικού μέσου, (h) φίλτρα πίεσης
E-learning
Page 15
Nireas Project 2.5
E-learning
Page 16
Nireas Project 2.5
(Eddy, 1999)
E-learning
Page 17
Nireas Project 2.5
Ο ρυθμός διήθησης είναι η κύρια παράμετρος που πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την διαστασιολόγηση μία μονάδας διήθησης. Μετράται σε L/m2_min όπου: L /min: η ροή που διηθείται ανά λεπτό m2 : Η επιφάνεια του φίλτρου που είναι κάθετη προς τη ροή Τα τυπικά δεδομένα σχεδιασμού για φίλτρα βάθους εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από το ρυθμό διήθησης (80-600 L/m2_min) και τη ροή των λυμάτων προς επεξεργασία. Ο ρυθμός διήθησης είναι σημαντικός καθώς επηρεάζει το πραγματικό μέγεθος των φίλτρων που θα απαιτηθούν. Για μία δεδομένη εφαρμογή φίλτρου, ο ρυθμός διήθησης θα εξαρτηθεί κυρίως από την ποιότητα των κροκίδων και το μέγεθος του μέσου διήθησης. Για παράδειγμα, εάν η δομή των κροκίδων είναι ασθενής, οι υψηλοί ρυθμοί διήθησης θα προκαλέσουν τη διάτμηση των κροκίδων-σωματιδίων και θα φέρουν ένα μεγάλο μέρος της ύλης μέσα από το φίλτρο. Έχει παρατηρηθεί ότι οι ρυθμοί διήθησης στην περιοχή από 80 έως 320 L/m2_min δεν επηρεάζουν την ποιότητα της εκροής όταν υφίσταται διήθηση λυμάτων από καθίζηση ενεργού ιλύος. Λειτουργία & συντήρηση Για τις νέες μονάδες επεξεργασίας λυμάτων, ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίνεται στο σχεδιασμό των εγκαταστάσεων δευτεροβάθμιας καθίζησης. Με κατάλληλα σχεδιασμένες εγκαταστάσεις καθίζησης που έχουν ως αποτέλεσμα λύματα με χαμηλά TSS (συνήθως 5 mg / L), η απόφαση σχετικά με το είδος του σύστημα διήθησης που πρέπει να χρησιμοποιηθεί συχνά βασίζεται σε μεταβλητές σχετικές με την εγκατάσταση, όπως ο διαθέσιμο χώρος, η διάρκεια της περιόδου διήθησης (εποχική έναντι όλου του έτους), ο χρόνος που διατίθεται για την κατασκευή και το κόστος. Για τις υφιστάμενες μονάδες που έχουν μεταβλητές συγκεντρώσεις στερεών στα επεξεργασμένα λύματα και πρέπει να εφοδιαστούν με σύστημα διήθησης λυμάτων, μπορεί να είναι σκόπιμο να εξεταστεί το είδος του φίλτρου που μπορεί να συνεχίσει να λειτουργεί ακόμη και όταν είναι βαριά φορτωμένο. Το ανοικτό φίλτρο μεταβαλλόμενης στάθμης (pulsed-bed filter) και τα ανοδικής και καθοδικής ροής φίλτρα κλίνης βάθους με χονδρό κόκκο έχουν χρησιμοποιηθεί σε τέτοιες εφαρμογές
E-learning
Page 18
Nireas Project 2.5 για τα συστήματα ελέγχου της διήθηση των λυμάτων περιλαμβάνουν συστήματα οργάνων για τον έλεγχο και την παρακολούθηση των φίλτρων. Τα συστήματα ελέγχου είναι παρόμοια με εκείνα που χρησιμοποιούνται για την επεξεργασία πόσιμου νερού. Ωστόσο, η πλήρης αυτοματοποίηση των φίλτρων λυμάτων βαρύτητας δεν είναι απαραίτητη. Αν και η πλήρης αυτοματοποίηση δεν απαιτείται, συχνά χρησιμοποιούνται πλήρως αυτόματα συστήματα ελέγχου με τη χρήση προγραμματιζόμενων λογικών ελεγκτών (PLC). Η ροή μέσω των φίλτρων μπορεί να ελέγχεται από το επίπεδο νερού στη δεξαμενή ανάντη των φίλτρων ή από το επίπεδο του νερού σε κάθε φίλτρο χωριστά. Αυτά τα επίπεδα νερού χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με τους αυτοματισμούς ή μια βαλβίδα ελέγχου του ρυθμού της ροής για τον περιορισμό ή τη ρύθμιση του ρυθμού ροής μέσω ενός φίλτρου. Οι υδραυλικές παράμετροι ν λειτουργίας των φίλτρων που απαιτούνται για τον έλεγζο λειτουργίας,, περιλαμβάνουν την παροχή του διηθημένου νερού, το συνολικό ύψος απωλειών σε κάθε φίλτρο, την επιφάνεια πλύσης και τις παροχές της αντίστροφης πλύσης, καθώς και την παροχή αέρα, αν χρησιμοποιείται σύστημα αντίστροφης πλύσης αέρα / νερού. Οι παράμετροι ποιότητας νερού στο διηθημένο νερό που παρακολουθούνται περιλαμβάνουν συνήθως τα: BOD, TSS, φωσφόρο και άζωτο. Η θολερότητα μπορεί επίσης να παρακολουθείται σε συστήματα όπου χρησιμοποείται προσθήκη χημικού. Τα δεδομένα θολερότητας και λυμάτων καθώς και της παροχής τους συχνά χρησιμοποιούνται για τη ρύθμιση της χημικής τροφοδοσίας του συστήματος. Η αλληλουχία του κύκλου αντίστροφης πλύσης σε ένα συμβατικό φίλτρο βαρύτητας πρέπει να είναι ημιαυτόματη κατά προτίμηση, ενσωματώνοντας χειροκίνητη εκκίνηση, ακολουθούμενη από αυτόματη λειτουργία για τη διεκπεραίωση των διαφόρων σταδίων του κύκλου αντίστροφης πλύσης. Ο σχεδιασμός των συστημάτων αντίστροφης πλύσης πρέπει να αναγνωρίζουν την επίδραση των μέγιστων θερμοκρασιών των λυμάτων που συναντώνται σε εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων. Επίσης, θα πρέπει να παρέχονται τοπικές μονάδες ελέγχου στα φίλτρα, προκειμένου να καταστεί δυνατή η τοπική λειτουργία και αντίστροφη πλύση από τους χειριστές της εγκατάστασης. Απόκριση σε μη κανονικές συνθήκες Τα κύρια προβλήματα που συναντώνται στη διήθηση των λυμάτων και των μέτρων ελέγχου που έχουν αποδειχθεί να είναι αποτελεσματικά αναφέρονται στον επόμενο πίνακα. Επειδή τα προβλήματα αυτά μπορούν να επηρεάσουν τόσο την απόδοση όσο και τη λειτουργία ενός συστήματος φίλτρου, πρέπει να λαμβάνεται μέριμνα κατά τη φάση του σχεδιασμού ώστε να παρέχονται οι απαραίτητες προβλέψεις και βοηθητικές λειτουργίες που θα ελαχιστοποιήσουν τις επιπτώσεις των διαφόρων προβλημάτων. Κατά τη διήθηση δευτεροβάθμιων λυμάτων που
E-learning
Page 19
Nireas Project 2.5 περιέχουν υπολείμματα βιολογικών κροκίδων (flocs), τα ημισυνεχή φίλτρα πρέπει να τίθενται σε αντίστροφη πλύση τουλάχιστον μία φορά κάθε 24 ώρες για να αποφευχθεί ο σχηματισμός μεγάλων
συσσωματωμάτων
(mudballs)
και
η
συσσώρευση
λιπών.
Στις
περισσότερες
περιπτώσεις, η συχνότητα της αντίστροφης πλύσης πρέπει να είναι πιο συχνή.
Πίνακας ………….. Σύνοψη συνηθέστερων προβλημάτων της διήθηση των λυμάτων σε φίλτρα βάθους και των μέτρων αντιμετώπισης των προβλημάτων
E-learning
Page 20
Nireas Project 2.5
(Eddy, 1999)
2.5.1.2 Διήθηση επιφάνειας (Φίλτρα επιφανείας) Στη διήθηση επιφάνειας, η αιωρούμενη ύλη απομακρύνεται με στράγγιση διαμέσου μίας στραγγιστικής επιφάνειας (λεπτό στρώμα-υλικό επιφανειας διήθησης του φίλτρου). Τα φίλτρα επιφανείας με διηθητικό μέσο υφάσματος έχουν ανοίγματα στην περιοχή μεγέθους από 10 έως 30 μm ή μεγαλύτερο. Στη διήθηση με μεμβράνες το μέγεθος πόρου μπορεί να ποικίλει 0,0001 έως 1,0 μm. Η διήθηση επιφανείας έχει χρησιμοποιηθεί για την απομάκρυνση των υπολειμμάτων των αιωρούμενων στερεών από τα δευτεροβάθμια λύματα και από τα λύματα λιμνών σταθεροποίησης. ΟΙ δύο βασικοί τύποι διήθησης επιφάνειας με διηθητικό μέσο ύφασμα, είναι το κοινό φιλτρο τύπου δίσκου (Discfilter - DF) και το φιλτρο τύπου δίσκου με ύφασμα cloth-media (Cloth-Media Disk Filter - CMDF). Φιλτρο τύπου δίσκου (DF) ή Δισκόφιλτρο Το φιλτρο τύπου δίσκου (DF) αποτελείται από μια σειρά κάθετα τοποθετημένους (ομοαξονικούς) παράλληλους δίσκους που χρησιμοποιούνται για τη στήριξη του φίλτρου υφάσματος. Κάθε δίσκος συνδέεται με ένα κεντρικό σωλήνα τροφοδοσίας. Το δισδιάστατο υλικό υφάσματος που χρησιμοποιείται με το DF μπορεί να είναι είτε πολυεστέρας ή ανοξείδωτος χάλυβας τύπου 316 Φιλτρο τύπου δίσκου: σχηματική απεικόνιση
E-learning
Page 21
Nireas Project 2.5
(Eddy, 1999) Λειτουργικά, το ακάθαρτο νερό εισέρχεται μέσω ενός κεντρικού καναλιού και ρέει προς τα έξω μέσα από το φίλτρο υφάσματος. Κατά την κανονική λειτουργία το 60 έως 70% της επιφάνειας του DF είναι βυθισμένο και ο δίσκος περιστρέφεται, ανάλογα με το ύψος απωλειών, από 1 έως 8,5 στροφές/ min. Το DF έχει τη δυνατότητα να λειτουργεί σε μια διακοπτόμενη ή συνεχή λειτουργία αντίστροφης πλύσης. Όταν λειτουργεί σε συνεχή λειτουργία αντίστροφης πλύσης, οι δίσκοι του DF και θα παράγουν διηθημένο νερό και θα εκπλένονται αντίστροφα ταυτόχρονα. Κατά την έναρξη μιας περιστροφής, εισέρχεται νερό τροφοδοσίας στο κεντρικό σωλήνα τροφοδοσίας από όπου διανέμεται εντός των δίσκων. Ενώ το φίλτρο δίσκου είναι βυθισμένο, το νερό και σωματίδια που είναι μικρότερα από τα ανοίγματα του μέσου-υφάσματος, διέρχονται μέσω του φίλτρου στο κανάλι συλλογής λυμάτων. Τα σωματίδια μεγαλύτερα από το κόσκινο κατακρατούνται. Τα τυπικά υδραυλικά ποσοστά (ρυθμοί) φόρτισης για ένα φιλτρο δίσκων μπορεί να κυμαίνονται από 0,25 έως 1 m3/m2_min, όπου m2 είναι η επιφάνεια του υφάσματος του βυθισμένου φίλτρου.
E-learning
Page 22
Nireas Project 2.5
Δισκόφιλτρο: τρισδιάστατη απεικόνιση
E-learning
Page 23
Nireas Project 2.5
Ένα μεγάλο φιλτρο δισκων εγκατεστημένο
ΦιλτροΔισκων με ύφασμα (Cloth-Media) Το Φιλτρο Δισκων με ύφασμα (CMDF), όπως απεικονίζεται στο επόμενο σχήμα, αποτελείται επίσης από αρκετούς ομοαξονικούς δίσκους τοποθετημένους κατακόρυφα σε μια δεξαμενή, αλλά η κύρια διαφορά από τον τύπο DF είναι ότι η διαδρομή ροής είναι προς την αντίθετη κατεύθυνση: από το εξωτερικό του υφάσματος προς το εσωτερικό του υφάσματος. Δύο διαφορετικοί τύποι υφασμάτων μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην CMDF: (1) ένα ύφασμα διάτρητο δια βελόνης, κατασκευασμένο από πολυεστέρα ή (2) ένα συνθετικό υφαντό ύφασμα (pile fabric cloth). Φιλτρο Δισκων με ύφασμα (Cloth-Media): σχηματική απεικόνιση
E-learning
Page 24
Nireas Project 2.5
(Eddy, 1999) Σε λειτουργικό επίπεδο, το νερό εισέρχεται στη δεξαμενή τροφοδοσίας και ρέει από εξω προς τα μέσα προς το φίλτρο υφάσματος σε ένα κεντρικό σωλήνα ή κεφαλή συλλογής. Το προκύπτον CMDF διήθημα συλλέγεται σε έναν κεντρικό σωλήνα ή ένα σύστημα συλλογής, από όπου ρέει προς τελική έξοδο μέσω ενός υπερχειλιστή προς το κανάλι εκροής. Καθώς τα στερεά συσσωρεύονται επί και εντός του μέσου διήθησης (του υφάσματος), η αντίσταση στη ροή ή το ύψος απωλειών αυξάνεται. Όταν το ύψος απωλειών μέσω του μέσου υφάσματος φθάσει σε ένα προκαθορισμένο επίπεδο, οι δίσκοι εκπλένονται αντίστροφα. Μετά από τον κύκλο αντίστροφης
E-learning
Page 25
Nireas Project 2.5 πλύσης και την απόρριψη των απονέρων έκπλυσης(και επιστροφή προς τα στραγγίδια ή σε χώρο συλλογής-διαχωρισμού λασπων, , το φίλτρο τίθεται και πάλι σε λειτουργία. Κατά την κανονική λειτουργία το 100% της επιφάνειας του CMDF είναι βυθισμένο, ενώ ο δίσκος περιστρέφεται μόνο κατά τη διάρκεια της αντίστροφης πλυσης, σε μία ταχύτητα περίπου 1 r / min. Τα τυπικά υδραυλικά ποσοστά φόρτισης για ένα CMDF φίλτρο μπορεί να κυμαίνονται από 0,1 έως 0,3 m3/m2_min, όπου m2 είναι η επιφάνεια του υφάσματος του φίλτρου. Ένα Δισκόφιλτρο Cloth-Media
Ένα Φιλτρο Δισκων με ύφασμα (Cloth-Media): τρισδιάστατη απεικόνιση
E-learning
Page 26
Nireas Project 2.5
E-learning
Page 27
Nireas Project 2.5
2.5.1.3 Διήθηση με μεμβράνες Στη διήθηση με μεμβράνες, η αιωρούμενη ύλη απομακρύνεται με στράγγιση μέσω μιας λεπτής μεμβράνης. Τα φίλτρα μεμβράνης, αποτελούν επίσης συσκευές διήθησης επιφάνειας, αλλά διαφοροποιούνται με βάση το μέγεθος των πόρων στο διηθητικό μέσο σε σύγκριση με την αντίστοιχη κατηγορία διήθησης επιφάνειας. Στα φίλτρα μεμβράνης το μέγεθος πόρου μπορεί να κυμαίνεται από 0,0001 έως 1,0 μm. H εισροή στα στοιχεία (module) των μεμβρανών είναι γνωστή ως παροχή τροφοδοσίας (feed stream) ή ως νερό τροφοδοσίας. Το νερό που διέρχεται διαμέσου της ημιπερατής μεμβράνης είναι γνωστό ως διήθημα (permeate), επίσης γνωστό ως φιλτραρισμένο (διυλισμενο) νερό
ή
παραγόμενο προιόν διήθησης, ενώ το υγρό που περιέχει τα συστατικά που κατακρατήθηκαν είναι γνωστό ως συμπύκνωμα (concentrate), γνωστό επίσης ως κατακράτημα, απόρριπτόμενο προιον ή ρεύμα αποβλήτων. Ο ρυθμός με τον οποίο το διήθημα ρέει διαμέσου της μεμβράνης είναι γνωστός ως ρυθμός (πυκνότητας) ροής (flux) και τυπικά εκφράζεται ως kg/m2d. Οι διεργασίες με μεμβράνεςταξινομούνται στις ακόλουθες βασικές κατηγορίες: •
μικροδιήθηση (MF)
•
υπερδιήθηση (UF)
•
νανοδιήθηση (NF)
•
αντίστροφη όσμωση (RO)
•
ηλεκτροδιάλυση (ED)
Επίσης οι διεργασίες με μεμβράνες μπορούν να ταξινομηθούν με έναν αριθμό διαφορετικών τρόπων όπως οι εξής: (1) το είδος του υλικού από το οποίο είναι κατασκευασμένη η μεμβράνη (2) τη φύση της ωθούσας δύναμης (3) το μηχανισμό διαχωρισμού και (4) το ονομαστικό μέγεθος του διαχωρισμού που επιτυγχάνεται
E-learning
Page 28
Nireas Project 2.5 Ορολογία που χρησιμοποιείται στις διαδικασίες με μεμβράνες
E-learning
Page 29
Nireas Project 2.5 (Eddy, 1999) Γενικά χαρακτηριστικά των διαδικασιών με μεμβράνες
E-learning
Page 30
Nireas Project 2.5
(Eddy, 1999) Οι μεμβράνες που χρησιμοποιούνται για την επεξεργασία του νερού και των λυμάτων τυπικά αποτελούνται από μία λεπτή στρώση πάχους περίπου 0,20 έως 0,25 χιλιοστά, που βασίζεται σε μια πιο πορώδη δομή περίπου 100 mm σε πάχος. Οι περισσότερες εμπορικές μεμβράνες παράγονται ως επίπεδα φύλλα, λεπτές κοίλες ίνες, ή σε σωληνοειδή μορφή. Τα επίπεδα φύλλα είναι δύο τύπων, ασύμμετρα και σύνθετα. Οι ασύμμετρες μεμβράνες αποτελούνται από ένα πολύ λεπτό (μικρότερο από 1 mm) στρώμα και ένα παχύτερο (έως 100 mm) πορώδες στρώμα που προσθέτει υποστήριξη και είναι ικανές για υψηλούς ρυθμούς πυκνότητας ροής νερού. Οι σύνθετες μεμβράνες λεπτού στρώματος (TFC) κατασκευάζονται με συγκόλληση ενός λεπτού στρώματος οξική κυτταρίνης ή πολυαμιδίου (τυπικά 0,15 - 0,25 mm πάχος) με ένα παχύτερο πορώδες υπόστρωμα, το οποίο παρέχει σταθερότητα. Οι μεμβράνες μπορούν να κατασκευαστούν από έναν αριθμό διαφορετικών οργανικών και ανόργανων υλικών. Οι μεμβράνες που χρησιμοποιούνται για την επεξεργασία των λυμάτων είναι συνήθως οργανικές. Οι κύριες κατηγορίες των μεμβρανών που
E-learning
Page 31
Nireas Project 2.5 χρησιμοποιούνται περιλαμβάνουν πολυπροπυλένιο, οξική κυτταρίνη, αρωματικά και σύνθετες μεμβράνες λεπτού στρώματος (TFC). Σύγκριση του μεγέθους των συστατικών που βρίσκονται στα λύματα και εύρη λειτουργικού μεγέθους για τις τεχνολογίες μεμβράνης. Η περιοχή λειτουργικού μεγέθους για συμβατική διήθηση βάθους και επιφάνειας παρουσιάζεται επίσης
(Eddy, 1999) Οι βασικοί τύποι των δομοστοιχείων μεμβρανών που χρησιμοποιούνται στην επεξεργασία των λυμάτων είναι: (1) τύπου σωληνα ή σωληνοειδής (tubular) (2) κοίλων ινών (hollow fiber) (3) ελικοειδούς περιέλιξης (spiral wound)
E-learning
Page 32
Nireas Project 2.5 Στη σωληνοειδή διαμόρφωση η μεμβράνη διαμορφώνεται στο εσωτερικό ενός σωλήνα στήριξης. Ένας αριθμός σωλήνων (είτε μεμονωμένα είτε σε μια δέσμη) τοποθετούνται στη συνέχεια σε ένα κατάλληλο δοχείο πιέσεως. Το νερό τροφοδοσίας αντλείται μέσω του σωλήνα τροφοδοσίας και το προϊόν νερό συλλέγεται στο εξωτερικό των σωλήνων. Το συμπύκνωμα συνεχίζει να ρέει μέσα από το σωλήνα τροφοδοσίας. Αυτές οι μονάδες χρησιμοποιούνται γενικά για το νερό με υψηλές συγκεντρώσεις αιωρούμενων στερεών ή πιθανότητα έμφραξης. Οι σωληνοειδείς μονάδες είναι οι πιο εύκολες στον καθαρισμό, ο οποίος επιτυγχάνεται με την κυκλοφορία διαλυμάτων χημικών και τη βοήθεια μηχανικού καθαρισμού με μια μπάλλα από σπογγώδες υλικό-αφρολέξ . Οι σωληνοειδείς μεμβράνες είναι γενικά ακριβές. Σωληνοειδής διαμόρφωση
Το στοιχείο (module) μεμβρανών κοίλων ινών αποτελείται από μια δέσμη από εκατοντάδες έως χιλιάδες κοίλες ίνες. Ολόκληρη η διάταξη εισάγεται σε ένα δοχείο πιέσεως. Η τροφοδοσία μπορεί να εφαρμόστεί στο εσωτερικό της ίνας (με ροή από το εσωτερικό προς το εξωτερικό της ίνας), ή στο εξωτερικό της ίνας (με ροή από το εξωτερικό προς το εσωτερικό της ίνας). Μεμβράνη κοίλων ινών
E-learning
Page 33
Nireas Project 2.5
Στη μεμβράνη ελικοειδούς περιέλιξης ένα εύκαμπτο διαχωριστικό του ρεύματος διαπέρασης τοποθετείται ανάμεσα σε δύο επίπεδα φύλλα μεμβράνης. Οι μεμβράνες σφραγίζονται σε τρεις πλευρές. Η τέταρτη ανοικτή πλευρά συνδέεται με ένα διάτρητο σωλήνα. Ένα εύκαμπτο διαχωριστικό τροφοδοσίας προστίθεται και τα επίπεδα φύλλα περιελίσσονται σε μία σφιχτή κυκλική διαμόρφωση. Τα σύνθετα υλικά λεπτού στρώματος είναι αυτά που χρησιμοποιούνται πιο συχνά σε στοιχεία μεμβρανών ελικοειδούς περιέλιξης. Ο όρος ελικοειδές (σπιράλ) απορρέει από το γεγονός ότι η ροή ακολουθεί μία ελικοειδή ροή. ΟΙ εναλλακτικές λύσεις διήθησης μπορούν να ταξινομηθούν σε εγκάρσιας ροής (crossflow filtration) και άμεσης τροφοδοσίας ή τύπου αδιέξοδου (dead-end filtration) αναλόγα με την κατεύθυνση της ροής στην επιφάνεια των μεμβρανών, όπω φαίνεται στο ακόλουθο Σχήμα. Διήθηση εγκάρσιας ροής και τύπου αδιέξοδου
E-learning
Page 34
Nireas Project 2.5
σχήμα εγκάρσιας ροής (crossflow filtration) Στην πρώτη διαμόρφωση, η οποία είναι γνωστή ως εγκάρσιας ροής (cross flow), το νερό τροφοδοτείται με πίεση με εγκάρσια ροή εφαπτομενικά της μεμβράνης. Αν και απαιτείται επιπλέον ενέργεια για τη δημιουργία εγκάρσιας ροής, ο σχηματισμός γέλης/στρώματος από την πόλωση συγκέντρωσης (cake layer thickness) μπορεί να ελεγχθεί. Μπορεί να υπάρχει μία ψευδο-σταθερή κατάσταση, όταν το αποτέλεσμα του καθαρισμού και η εναπόθεση σωματιδίων βρεί μια ισορροπία και αποτρέπεται ο σχηματισμός στώματος από την πόλωση της συγκέντρωσης. Αυτή η λειτουργία διήθησης είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική όταν το νερό τροφοδοσίας μεταφέρει υψηλό επίπεδο παραγόντων έμφραξης, όπως αιωρούμενα στερεά και μακρομόρια. Όλες οι διαδικασίες MBR και οι περισσότερες από τις διηθήσεις λυμάτων χρησιμοποιούν εγκάρσια ροή. Τα συστήματα διήθησης iMBR και SMBR που αναφέρθηκαν εδώ, βασίζονται σε διήθηση εγκάρσιας ροής. σχήμα τύπου αδιεξόδου (dead-end filtration)
E-learning
Page 35
Nireas Project 2.5
Στη διήθηση τύπου dead-end, δεν υφίσταται εγκάρσιες εξόδοι και κινήσεις της τροφοδοσίας προς το φίλτρο. Όλα τα σωματίδια που μπορούν να συγκρατηθούν από το φίλτρο, συσσωρεύονται στην επιφάνεια του φίλτρου. Η στρώση στερεών, μειώνει την διαπερατότητα (υδραυλική αγωγιμότητα του φίλτρου). Για να είναι αποδοτική η διήθηση πρεπει να γίνεται αφαίρεση των συσσωρευμένων στερεών, περιοδικά, με αντίστροφη πλύση ήάλλο καθαρισμό ή να αντικαθίσταται το φίλτρο. Αυτή η λειτουργία διήθησης είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική όταν το νερό τροφοδοσίας μεταφέρει μικρές ποσότητες στερεών που νπορούν να βουλώσουν γρήγορα το φίλτρο. Σε πολλές περιπτώσεις προεπεξεργασίας
επιφανειακών νερών, προεπεξεργασίας για θαλασσινό νερό RO, και
τριτοβάθμιες επεξεργασίες, εφαρμόζεται η διήθηση τύπου dead-end.
Τυπικά στοιχεία μεμβρανών που χρησιμοποιούνται στις εφαρμογές με μεμβράνες: (a) μοναδιαία μεμβράνη κοίλης ίνας (b) δέσμη μεμβρανών κοίλων ινών, (c) δέσμη μεμβρανών λεπτών κοίλων ινών με ροή από το εξωτερικό προς το εσωτερικό της ίνας (d) δέσμη μεμβρανών λεπτών κοίλων ινών,, (e) δέσμη μεμβρανών λεπτών κοίλων ινών με ροή από το εσωτερικό προς το εξωτερικό της ίνας (f ) δέσμη μεμβρανών λεπτών κοίλων ινών τοποθετημένη σε ένα δοχείο πίεσης (g) τομή ενός στοιχείου(module) μεμβρανών ελικοοειδούς περιέλιξης, (h) τομή διαμέσου ενός στοιχείου (module) μεμβρανών ελικοοειδούς περιέλιξης, (i) δοχείο πίεσης (μεμβρανοθήκη), που περιέχει 3 στοιχεία(module) μεμβρανών ελικοοειδούς περιέλιξης σε σειρά, (j) τυπική
E-learning
Page 36
Nireas Project 2.5 εγκατάσταση αντίστροφης όσμωσης, που περιέχει περιλαμβάνει 6 στοιχεία μεμβρανών (κάθε στοιχείο με τρεις μεμβρανοθήκες σε σειρά)
.
(Eddy, 1999)
E-learning
Page 37
Nireas Project 2.5
E-learning
Page 38
Nireas Project 2.5 (Eddy, 1999) Η λειτουργία των συστημάτων με μεμβράνες είναι αρκετά απλή. Μια αντλία χρησιμοποιείται για τη συμπίεση του διαλύματος τροφοδοσίας και την κυκλοφορία του μέσω του στοιχείου (module). Μία βαλβίδα χρησιμοποιείται για τη διατήρηση της πίεσης του νερού που φιλτράρεται υπό πίεση (retentate) . Το διήθημα εξέρχεται συνήθως με ατμοσφαιρική πίεση. Καθώς τα συστατικά του νερού τροφοδοσίας συσσωρεύονται στις μεμβράνες (συχνά ονομάζεται έμφραξη μεμβράνης: membrane fouling), η πίεση συσσωρεύεται επί της πλευράς τροφοδοσίας, η παραγόμενη εκροή (δηλ. η ροή μέσω μεμβράνης) αρχίζει να μειώνεται, και το ποσοστό απόρριψης αρχίζει επίσης να μειώνεται. Όταν η απόδοση έχει μειωθεί σε ένα συγκεκριμένο επίπεδο, τα στοιχεία (module) της μεμβράνης τίθενται εκτός λειτουργίας και καθαρίζονται με αντίστροφη πλύση ή χημικό καθαρισμό. Τρεις διαφορετικές διαμορφώσεις διεργασιών χρησιμοποιούνται με μονάδες μικροδιήθησης και υπερδιήθησης μονάδες, όπως απεικονίζεται στο επόμενο σχήμα:
E-learning
Page 39
Nireas Project 2.5 Τρεις διαφορετικές διατάξεις λειτουργίας με μεμβράνες MF και UF (μικροδιήθησης και υπερδιήθησης) παρουσιάζονται στο παρακάτω σχήμα: (a) εγκάρσιας ροής(cross flow), (b) εγκάρσιας ροής με δεξαμενή αποθήκευσης και (c) άμεσης τροφοδοσίας (direct feed)
E-learning
Page 40
Nireas Project 2.5 Αντίστροφη όσμωση Όταν δύο διαλύματα που έχουν διαφορετικές συγκεντρώσεις διαλυμένης ουσίας χωρίζονται από μια ημιπερατή μεμβράνη, δημιουργείται μια διαφορά στο χημικό δυναμικό σε όλη την μεμβράνη. Το νερό θα τείνει να διαχέεται μέσω της μεμβράνης από την πλευρά της χαμηλότερης συγκέντρωσης
(υψηλότερου
δυναμικού)
προς
την
πλευρά
υψηλότερης
συγκέντρωσης
(χαμηλότερου δυναμικού), μέχρι να εξισωθούν οι δύο συγκεντρώσεις. Σε ένα σύστημα που έχει ένα πεπερασμένο όγκο, η ροή συνεχίζεται μέχρις ότου η διαφορά πίεσης εξισορροπήσει τη διαφορά χημικού δυναμικού (ή αλλως μέχρι τα μόρια που διαχέονται μέσα από τη μεμβράνη να αντιστοιχούν . Αυτή η διαφορά πίεσης εξισορρόπησης ονομάζεται σμωτική πίεση και είναι συνάρτηση των χαρακτηριστικών διαλυμένης ουσίας και της συγκέντρωσης και της θερμοκρασίας. Εάν μία βαθμίδα πίεσης αντίθετης κατεύθυνσης και μεγαλύτερη από την οσμωτική πίεση εφαρμοστεί κατά μήκος της μεμβράνης, η ροή θα τείνει από την περιοχή με τη μεγαλύτερη συγκέντρωση στην περιοχή με τη μικρότερη συγκέντρωση. Η διεργασία αυτή ονομάζεται αντίστροφη όσμωση. Επεξηγηματικά σχήματα για την οσμωτική ροή: (a) οσμωτική ροή, (b) οσμωτική εξισορρόπηση και (c) αντίστροφη όσμωση
(Eddy, 1999) Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται η πίση που πρεπει να εξασκήσουμε στο υφάλμυρο νερό για να υπερνικήσουμε το φαινόμενο της ώσμωσης, τα μόρια νερού να περάσουν μέσα από την ημιπερατή μεμβράνη προς τη δεξαμενή καθαρού νερού και να παραχθεί πόσιμο νερό
E-learning
Page 41
Nireas Project 2.5
Στο παρακάτω σχήμα φαίνονται: η τροφοδοσία ακατέργαστου νερού(Feed water) , η παραγωγή πόσιμου νερού (Fresh Water) και η απόρριψη συμπυκνώματος (Concentrate Flow)
E-learning
Page 42
Nireas Project 2.5
Στο σχήμα που ακολουθεί φαίνονται τα τμήματα μιας σπειροειδούς μεμβράνης αντίστροφης ώσμωσης.
E-learning
Page 43
Nireas Project 2.5 Μία μικρή μονάδα αντίστροφης όσμωσης
E-learning
Page 44
Nireas Project 2.5 Μία μεγάλη μονάδα αντίστροφης όσμωσης
E-learning
Page 45
Nireas Project 2.5 Τυπικές εφαρμογές των τεχνολογιών με μεμβράνες στην επεξεργασία λυμάτων αναφέρονται στον παρακάτω πίνακα: Τυπικές εφαρμογές των τεχνολογιών μεμβρανών στην επεξεργασία λυμάτων
(Eddy, 1999)
E-learning
Page 46
Nireas Project 2.5
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των τεχνολογιών επεξεργασίας με μεμβράνες
(Eddy, 1999)
E-learning
Page 47
Nireas Project 2.5
ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΡΟΗΣ ΑΠΟ ΜΙΑ ΓΡΑΜΜΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΤΗ ΜΟΝΑΔΑ ΑΦΑΛΑΤΩΣΗΣ ΥΦΑΛΜΥΡΟΥ ΝΕΡΟΥ ΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΠΟΣΙΜΟΥ ΝΕΡΟΥ ΣΤΟ ΔΗΜΟ ΜΑΛΕΒΥΖΙΟΥ ΗΡΑΚΛΕΙΟΥ (Περιλαμβάνονται δεξαμενή υφάλμυρου νερού, προεπεξεργασία με σύστημα μεμβρανών υπερδιήθησης , αφαλάτωση με σύστημα αντίστροφης ώσμωσης, μετεπεξεργασία , δεξαμενή και αντλιοστάσιο πόσιμου νερού και σύστημα χημικού καθαρισμού μεμβρανών). Λειτουργία & Συντήρηση Έμφραξη μεμβρανών Ο όρος έμφραξης (fouling) χρησιμοποιείται για να περιγράψει τηνεναπόθεση και συσσώρευση των συστατικών στη μεμβράνη, στο ρεύμα τροφοδοσίας. Η αντιμετώπιση του προβλήματος έμφραξης των μεμβρανών είναι ένα σημαντικό θέμα για το σχεδιασμό και τη λειτουργία των συστημάτων μεμβράνης καθώς επηρεάζει τις ανάγκες προεπεξεργασίας, τις απαιτήσεις καθαρισμού, τις συνθήκες λειτουργίας, το κόστος και τις αποδόσεις του συστήματος. Τα συστατικά των λυμάτων που μπορεί να επιφέρουν έμφραξη της μεμβράνη, προσδιορίζονται στον ακόλουθο πίνακα. Η έμφραξη της μεμβράνης, όπως αναφέρεται, μπορεί να συμβεί σε τρεις γενικές μορφές: (1) σχηματισμός στρώματος από τα συστατικά στο νερό τροφοδοσίας στην επιφάνεια της μεμβράνης (2) σχηματισμός χημικών κατακρημνισμάτων λόγω της χημείας του νερού τροφοδοσίας
E-learning
Page 48
Nireas Project 2.5 (3) καταστροφή της μεμβράνης λόγω της παρουσίας χημικών ουσιών που δύναται να αντιδράσουν με τη μεμβρανη ή με βιολογικούς παράγοντες που μπορεί να δημιουργήσουν βιοφίλμ-αποικίες μικροοργανισμών (ζωόγλοια) τη μεμβράνη. Συστατικά των λυμάτων που μπορούν να επηρεάσουν την απόδοση των μεμβρανών μέσω μηχανισμού έμφραξης.
(Eddy, 1999) : Όταν σχαδιάζεται μια διαδικασία αντίστροφης όσμωσης ή νανοδιήθησης, υπάρχουν οι παρακάτω επιλογές προεπεξεργασίας , οι οποίες μπορούν να ληφθούν υπόψη: 1. Η προεπεξεργασία των δευτεροβάθμιων λυμάτων από πλήρη επεξεργασία, η άμεση διήθηση, ή διήθηση επαφής είτε με μικροδιήθηση είτε με υπερδιήθηση για την απομάκρυνση υπολειμμάτων αιωρούμενων στερεών και κολλοειδούς ύλης.
E-learning
Page 49
Nireas Project 2.5 2. Τα φίλτρα με στοιχεία κάρτριγες (cartridge) με μέγεθος πόρων 5 έως 10 mm, έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί για τη μείωση υπολειμματικών αιωρούμενων στερεών. 3. Για τον περιορισμό της βακτηριακής δραστηριότητας μπορεί να είναι αναγκαία η απολύμανση του νερού τροφοδοσίας χρησιμοποιώντας χλώριο, όζον, ή υπεριώδη ακτινοβολία. 4. Ο αποκλεισμός του οξυγόνου μπορεί να είναι αναγκαίος για την πρόληψη της οξείδωσης, του σιδήρου, του μαγγανίου και του υδροθείου. 5. Ανάλογα με τον τύπο της μεμβράνης, η απομάκρυνση του χλωρίου (με όξινο θειώδες νάτριο) και του όζοντος μπορεί να είναι απαραίτητη. 6. Η απομάκρυνση του σιδήρου και του μαγγανίου μπορεί επίσης να είναι αναγκαία για τη μείωση της πιθανότητας καθαλάτωσης. 7. Για την αποτροπή σχηματισμού αλάτων, το ρΗ της τροφοδοσίας θα πρέπει να ρυθμίζεται (συνήθως με θειικό οξύ) εντός της περιοχής από 4,0 έως 7,5. 8. Ο τακτικός χημικός καθαρισμός των στοιχείων μεμβράνης (περίπου μια φορά το μήνα) είναι απαραίτητος για την αποκατάσταση της περατότητας της μεμβράνης. Synthrhsh membran;vn Bioantidrast;hrvn Membran;vn (Membranes Bio-Reactor), MBR Οι περισσότεροι MBR χρησιμοποιούν χημικό καθαρισμό συντήρησης σε εβδομαδιαία βάση, ο οποίος διαρκεί 30-60 λεπτά, και καθαρισμό επαναφοράς-ανάκτησης όταν η διήθηση δεν επαναφέρεται σε καθορισμένο-αποδεκτό επίπεδο, το οποίο συμβαίνει μία φορά ή δύο φορές ετησίως. Εάν η εναπόθεση δεν μπορεί να αφαιρεθεί με τις διαθέσιμες μεθόδους καθαρισμού ονομάζεται «ανεπανόρθωτη έμφραξη". Αυτή η έμφραξη συσσωρεύεται με τα χρόνια λειτουργίας και τελικά καθορίζει το χρόνο ζωής της μεμβράνης. Όλες οι εργασίες λειτουργίας και συντήρησης πρέπει να γίνονται από εξειδικευμένο προσωπικό.
Απόκριση σε μη κανονικές συνθήκες Έλεγχος έμφραξης μεμβρανών Για τη διατήρηση της καθαριότητας της μεμβράνης χρησιμοποιούνται οι εξής στρατηγικές: (1) προοεπεξεργασία του νερού επεξεργασίας, (2) αντίστροφη πλύση (3) χημικός καθαρισμός των μεμβρανών
E-learning
Page 50
Nireas Project 2.5 Η προεπεξεργασία χρησιμοποιείται για να μειώσει τα TSS και το βακτηριακό περιεχόμενο στο νερό τροφοδοσίας. Συχνά, το νερό τροφοδοσίας χορηγείται με χημικά για τον περιορισμό της χημικής κατακρήμνισης εντός των μονάδων. Η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη μέθοδος για την εξάλειψη του συσσωρευμένου υλικού από την επιφάνεια μεμβράνης είναι η αντίστροφη πλύση με νερό ή/ και αέρα. Η χημική επεξεργασία χρησιμοποιείται για την αφαίρεση των συστατικών που δεν απομακρύνονται
κατά
τη
διάρκεια
της
συμβατικής
αντίστροφης
πλύσης.
Τα
χημικά
κατακρημνίσματα μπορούν να αφαιρεθούν με μεταβολή της χημείας του νερού τροφοδοσίας και με την χημική επεξεργασία. Η βλάβη της μεμβράνης λόγω επιβλαβών συστατικών συνήθως δε μπορεί να αντιστραφεί.
E-learning
Page 51
Nireas Project 2.5
2.5.2 ΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗ Προσρόφηση είναι η διαδικασία για την απομάκρυνση των διαλυμένων οργανικών συστατικών ή για τη συσσώρευση των ουσιών που βρίσκονται σε διάλυμα σε ένα κατάλληλο περιβάλλον. Το προσρόφημα είναι η ουσία που αφαιρείται από την υγρή φάση στη διαχωριστική επιφάνεια. Το προσροφητικό είναι σε στερεή, υγρή ή αέρια φάση επί της οποίας η προσροφημένη ουσία συσσωρεύεται. Μόνο η περίπτωση της προσρόφησης σε υγρή-στερεή διαχωριστική επιφάνεια θα εξεταστεί στο κεφάλαιο αυτό, καθώς είναι η μόνη διαδικασία που λαμβάνει χώρα σε εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων.
Τα κύρια είδη προσροφητικών υλικών περιλαμβάνουν τον ενεργό άνθρακα, συνθετικά πολυμερή και υλικά με βάση το πυρίτιο. Ωστόσο, τα τα συνθετικά πολυμερή και με τα υλικά με βάση το πυρίτιο σπάνια χρησιμοποιούνται για την προσρόφηση των λυμάτων, λόγω του υψηλού τους κόστους. Επειδή ο ενεργός άνθρακας χρησιμοποιείται πιο συχνά σε ανώτερες επεξεργασίες λυμάτων, το επίκεντρο της ακόλουθη συζήτηση είναι ο ενεργός άνθρακας.
E-learning
Page 52
Nireas Project 2.5
Ενεργός άνθρακας με βάση σκόνη ξύλου
Ο ενεργός άνθρακας παρασκευάζεται με φτιάχνοντας πρώτα ένα απανθρακωμένο υπόλειμμα (char) από οργανικά υλικά, όπως αμύγδαλα, καρύδες, και φλοιούς καρυδιών, καθώς και άλλα υλικά συμπεριλαμβανομένων των ξύλων, των οστών, και κάρβουνο (γαιάνθρακα). Το κατάλοιπο άνθρακα παράγεται με τη θέρμανση του υλικού βάσης μέχρι ερυθροπυρώσεως (λιγότερο από
περίπου 700 ° C) σε ένα αποστακτήρα προκειμένου να αφαιρεθούν οι υδρογονάνθρακες, αλλά με μια ανεπαρκή παροχή οξυγόνου για τη διατήρηση της καύσης. Η διαδικασία απανθράκωσης είναι ουσιαστικά μια διεργασία πυρόλυσης.
E-learning
Page 53
Nireas Project 2.5 Διάγραμμα παραγωγής ενεργού άνθρακα
Το απανθρακωμένο υπόλειμμα στη συνέχεια ενεργοποιείται με έκθεση σε -αέρια όπως ατμό και CO2 σε υψηλές θερμοκρασίες, στην κλίμακα 800-900 ° C. Αυτά τα αέρια αναπτύσσουν μία πορώδη δομή στο κατάλοιπο άνθρακα και έτσι δημιουργούν μια μεγάλη εσωτερική επιφάνεια. Μετά την ενεργοποίηση, ο άνθρακας μπορεί να χωριστεί ή να παρασκευαστεί σε διαφορετικά μεγέθη με διαφορετική χωρητικότητα προσρόφησης. Οι δύο ταξινομήσεις μεγέθους ενεργού άνθρακα είναι ο κονιορτοποιημένος ενεργός άνθρακας (powdered activated carbon - PAC), ο οποίος τυπικά έχει μία διάμετρο μικρότερη από 0,074 χιλιοστά (200 κόσκινο) και καλύτερη ικανότητα προσρόφησης, και ο κοκκώδης ενεργοποιημένος άνθρακας (granular activated carbon GAC), ο οποίος έχει διάμετρο μεγαλύτερη από 0,1 mm (~ 140 sieve). H oικονομική εφαρμογή του ενεργού άνθρακα εξαρτάται από την αποτελεσματικότητα του μέσου για την αναγέννηση και την επανενεργοποίηση του άνθρακα μετά την προσροφητική ικανότητα που έχει φτάσει.
E-learning
Page 54
Nireas Project 2.5 Αναγέννηση είναι ο όρος που χρησιμοποιείται για να περιγράψει όλες τις διεργασίες που χρησιμοποιούνται για να ανακτηθεί η προσροφητική ικανότητα του εξαντλημένου άνθρακα, εκτός της επανενεργοποίησης, όπως οι εξής: (1) χημικές διεργασίες για την οξείδωση του προσροφημένου υλικού (2) ατμός για την απομάκρυνης του προσροφημένου υλικού (3) διαλυτικά μέσα (4) βιολογικές διεργασίες μετατροπής Τυπικά, ένα μέρος της προσροφητικής ικανότητας του άνθρακα (περίπου 4 έως 10%) χάνεται επίσης κατά τη διαδικασία αναγέννησης, ανάλογα με τις ενώσεις που προσροφούνται και τη μέθοδο που χρησιμοποιείται για την αναγέννηση. Η επανενεργοποίηση κοκκώδη άνθρακα περιλαμβάνει ουσιαστικά την ίδια διαδικασία που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία του ενεργού άνθρακα από παρθένο υλικό. Ο αναλωμένος άνθρακας επανενεργοποιείται σε έναν κλίβανο με οξείδωση των προσροφημένων οργανικών υλικών και, ως εκ τούτου, αφαιρώντας τα από την επιφάνεια του άνθρακα. Η ακόλουθη σειρά γεγονότων συμβαίνει κατά την επανενεργοποίηση του αναλωμένου ενεργού άνθρακα: (1) ο άνθρακας θερμαίνεται για να απομακρύνει την οργανική ύλη που έχει προσροφηθεί (2) κατά τη διαδικασία της απομάκρυνσης του προσροφημένου υλικού, ορισμένες νέες ενώσεις σχηματίζονται, οι οποίες παραμένουν στην επιφάνεια του άνθρακα, και (3) το τελικό βήμα στη διαδικασία επανενεργοποίησης είναι να πραγματοποιηθεί εκ νέου καύση των ενώσεων που σχηματίστηκαν κατά την καύση της προσροφημένης ύλης. Με
τον
αποτελεσματικό
έλεγχο
της
διαδικασίας,
η
προσροφητική
ικανότητα
του
επανενεργοποιημένου άνθρακα θα είναι ουσιαστικά η ίδια όπως εκείνη του αρχικού άνθρακα. Εφαρμογές Η προσρόφηση άνθρακα χρησιμοποιείται κυρίως για την απομάκρυνση πολλών οργανικών ουσιών, καθώς και των υπολειμμάτων ανόργανων ενώσεων όπως άζωτο, σουλφίδια, και βαρέα μέταλλα. Η απομάκρυνση ενώσεων οσμών από τα λύματα είναι μια άλλη σημαντική εφαρμογή, ειδικά σε εφαρμογές επαναχρησιμοποίησης
E-learning
Page 55
Nireas Project 2.5
Εύκολα και ελάχιστα προσροφούμενα υλικά σε ενεργο C
(Eddy, 1999)
E-learning
Page 56
Nireas Project 2.5
Η επεξεργασία με προσρόφηση σε κοκκοποιημένο ενεργό άνθρακα (Granular Activated carbon- GAC) περιλαμβάνει το πέρασμα ενός υγρού προς επεξεργασία μέσω κλίνης ενεργού άνθρακα που πραγματοποιείται σε έναν αντιδραστήρα (μερικές φορές ονομάζεται φίλτρο ενεργού C). Οι διάφοροι τύποι κλίνης ενεργού άνθρακα χρησιμοποιούνται στην προηγμένη επεξεργασία λυμάτων. Τυπικά συστήματα μπορεί να είναι είτε υπό πίεση ή τύπου βαρύτητας, και μπορεί να είναι ροή προς τα κάτω ή προς τα άνω σταθερών μονάδων κλίνης που έχουν δύο ή τρεις στήλες σε σειρά, ή κλίνη που έχει επεκταθεί, ανοδικής ροής και τύπου αντιρροής. Τύποι φίλτρων ενεργού άνθρακα: (α) καθοδική ροή σε σειρά, (β) ανοδική ροή παράλληλα, (γ) κινούμενη κλίνη και (δ) επέκταση ανοδικής ροής σε σειρά
(Eddy, 1999) Ένα τυπικό φίλτρο κοκκώδους ενεργού άνθρακα παρουσιάζεται στην επόμενη εικόνα. Τα φίλτρα κοκκώδους μέσου χρησιμοποιούνται συνήθως ανάντη του φίλτρου ενεργού άνθρακα για την απομάκρυνση των οργανικών που συνδέονται με τα αιωρούμενα στερεά, τα οποία είναι παρόντα στη δευτεροβάθμια εκροή. Το νερό προς επεξεργασία εφαρμόζεται στην κορυφή της στήλης και να
E-learning
Page 57
Nireas Project 2.5 αποσύρεται από το κάτω μέρος. Ο άνθρακας συγκρατείται στη θέση του με ένα σύστημα υποστράγγισης στο κάτω μέρος της στήλης. Η πρόβλεψη για αντίστροφη πλύση και πλύση επιφάνειας παρέχεται συχνά σε εφαρμογές λυμάτων για να περιορίσει το ύψος απωλειών λόγω της απομάκρυνσης των αιωρούμενων στερεών σωματιδίων εντός της στήλης άνθρακα. Δυστυχώς, η αντίστροφη πλύση έχει ως αποτέλεσμα την καταστροφή του μετώπου προσρόφησης. Τυπικός επαφέας ενεργού άνθρακα σε δοχείο πίεσης
(Eddy, 1999)
E-learning
Page 58
Nireas Project 2.5 Εικόνα τυπικών φίλτρων κοκκώδους ενεργού άνθρακα
E-learning
Page 59
Nireas Project 2.5
Άποψη φιλτρων κοκκώδους ενεργού άνθρακα που λειτουργούν παράλληλα και χρησιμοποιούνται στην επεξεργασία διηθημένων δευτεροβάθμιων λυμάτων
(Eddy, 1999)
E-learning
Page 60
Nireas Project 2.5
Ο κονιορτοποιημένος ενεργός άνθρακας (PAC) μπορεί να εφαρμοστεί στα λύματα από βιολογικές
διαδικασίες
επεξεργασίας
απευθείας
στις
διάφορες
βιολογικές
διαδικασίες
επεξεργασίας, και στα φυσικοχημικά διαγράμματα ροής της διαδικασίας επεξεργασίας. Στην περίπτωση της μονάδας βιολογικού καθαρισμού λυμάτων, ο PAC προστίθεται στο απόβλητο σε μια λεκάνη (δεξαμενή) επαφής. Μετά από ένα ορισμένο χρονικό διάστημα επαφής, ο άνθρακας αφήνεται να κατακαθίσει στον πυθμένα της δεξαμενής, και το επεξεργασμένο νερό στη συνέχεια απομακρύνεται από τη δεξαμενή. Επειδή ο άνθρακας είναι πολύ λεπτός, μία κροκιδωτική ουσία, όπως ένας πολυηλεκτρολύτης, μπορεί να χρειαστεί για να βοηθήσει στην απομάκρυνση των σωματιδίων άνθρακαή τη διήθηση του μέσω ταχέων φίλτρων άμμου μπορεί να απαιτηθεί. Η προσθήκη PAC απευθείας στη δεξαμενή αερισμού της διαδικασίας επεξεργασίας ενεργού ιλύος έχει αποδειχθεί ότι είναι αποτελεσματική για την απομάκρυνση ενός αριθμού διαλυτών οργανικών ουσιών. Σε φυσικοχημικές διεργασίες επεξεργασίας, o PAC χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με χημικές ουσίες που χρησιμοποιούνται για την κατακρήμνιση συγκεκριμένων συστατικών. Πλεονεκτήματα / μειονεκτήματα Πλεονεκτήματα •
Εύκολη εγκατάσταση και συντήρηση
•
Μπορεί να χρησιμοποιηθεί στο σημείο της χρήσης
•
Αποτελεσματικό για την απομάκρυνση ορισμένων οργανικών ενώσεων, όπως το χλώριο, το ραδόνιο
•
Βασίζεται σε υλικά που διατίθενται παντού
Μειονεκτήματα • Το φίλτρο θα πρέπει να αντικαθίσταται τακτικά • Απαιτείται εξειδικευμένο προσωπικό, τουλάχιστον περιστασιακά • Απαιτείται ανάλυση νερού για την επιλογή του κατάλληλου τύπου ενεργού άνθρακα • Οι ρυπογόνες ουσίες διαχωρίζονται από το νερό, αλλά δεν καταστρέφονται
E-learning
Page 61
Nireas Project 2.5
Λειτουργία & συντήρηση Τα φίλτρα άνθρακα είναι σχετικά εύκολα στην εγκατάσταση και τη συντήρηση, αλλά απαιτείται εξειδικευμένο εργατικό δυναμικό, τουλάχιστον περιστασιακά, για την παρακολούθηση της απόδοσης απομάκρυνσης του εξπλισμού με την πάροδο του χρόνου. Τα φίλτρα ενεργού άνθρακα έχουν μια περιορισμένη διάρκεια ζωής. Μετά από μακροχρόνια χρήση, οι επιφάνειες τους υφίστανται κορεσμό με προσροφημένους ρύπους και δεν είναι αποτελεσματικός περαιτέρω ο καθαρισμός. Το υλικό του φίλτρου θα πρέπει συνεπώς να αντικαθίστανται σε τακτά χρονικά διαστήματα, σύμφωνα με τις οδηγίες του κατασκευαστή. Τα διαστήματα αντικατάστασης θα πρέπει να υπολογίζονται με βάση τη μέση καθημερινή χρήση του φίλτρου και την ποσότητα των ρύπων που απομακρύνονται. Η απόρριψη των στοιχείων ενεργού C (Modules ή cartridges) εξαρτάται από τη χρήση. Ένα ένα στοιχείο ή φυσίγγιο (cartridge) άνθρακα μπορεί να εκπλυθεί αντίστροφα και στη συνέχεια να ξαναχρησιμοποιηθεί ή να απορριφθεί εάν έχει κορεσθεί.
E-learning
Page 62
Nireas Project 2.5
2.5.3 ΙΟΝΤΟΕΝΑΛΛΑΓΗ Η ιοντοεναλλαγή είναι μια διαδικασία κατά την οποία τα ιόντα ενός συστατικού σε υδατικό διάλυμα (πχ σε λύματα) αντικαθίστανται από άλλα ιόντα που προέρχονται από ένα φίλτρο που ελευθερώνει ιόντα αβλαβή για το υδατικό διάλυμα (πχ μια κλίνη ρητίνης ιοεναλλαγής) . Κατά διαστήματα πρέπει να γίνεται αναγέννηση του φίλτρου με κατάλληλο χημικό αντιδραστηριο, ώστε να επανέλθει η ικανότητα του φίλτρου σε δέσμευση των ιόντων που θέλουμε να αφαιρέσουμε . Η ανταλλαγή ιόντων έχει χρησιμοποιηθεί σε εφαρμογές λυμάτων για την απομάκρυνση αζώτου, βαρέων μετάλλων, και ολικών διαλυμένων στερεών. Οι διεργασίες ιοντοεναλλαγής μπορεί να λειτουργούν κατά μη συνεχή ή συνεχή τρόπο. Σε μία ασυνεχή διεργασία, η ρητίνη αναδεύεται με το νερό προς επεξεργασία σε έναν αντιδραστήρα μέχρις ότου η αντίδραση είναι πλήρης. Η χρησιμοποιημένη ρητίνη απομακρύνεται με καθίζηση και στη συνέχεια ανακτάται και επαναχρησιμοποιείται. Σε μία συνεχή διαδικασία, το υλικό ανταλλαγής τοποθετείται σε μία κλίνη ή μια σταθεροποιημένη στήλη, και το νερό προς επεξεργασία διέρχεται μέσα από αυτό. Οι συνεχείς εναλλάκτες ιόντων είναι συνήθως καθοδικής ροής, τύπου σταθερής κλίνης (packed-bed). Τα λύματα εισέρχονται από την κορυφή της στήλης υπό πίεση, διέρχονται προς τα κάτω μέσω της ρητίνης, και απομακρύνονται στο κάτω μέρος. Όταν η χωρητικότητα ρητίνης εξαντληθεί, η στήλη εκπλένεται αντίστροφα για την απομάκρυνση των εγκλωβισμένων στερεών και στη συνέχεια ανακτάται.
Ένας τυπικός εμπορικός αντιδραστήρας ιοντοεναλλαγής απεικονίζεται στο επόμενο σχήμα:
E-learning
Page 63
Nireas Project 2.5
Μεγάλες στήλες σταθερής κλίνης καθοδικής ροής (Eddy, 1999)
Πέντε τύποι συνθετικών ρητίνων ιοντοεναλλαγής χρησιμοποιούνται: (1) ισχυρή κατιονική ρητίνη (2) ασθενής κατιονική ρητίνη (3) ισχυρη΄ανιονική ρητίνη (4) ασθενής ανιονική ρητίνη (5) επιλεκτικές βαρέων μετάλλων Οι βασικές ιδιότητες των ρητινών ιοντοεναλλαγής ιόντων περιλαμβάνουν την δυναμικότητα ιοενααλλαγής, το μέγεθος σωματιδίων και τη σταθερότητα. Η ικανότητα ανταλλαγής μιας ρητίνης ορίζεται ως η ποσότητα ενός ιόντος που μπορεί να δεσμέυεται από ορισμενη ποσότητα ρητίνης μετά μια αναγέννηση και μέχρι να κορεσθεί..
E-learning
Page 64
Nireas Project 2.5 Προκειμένου να είναι οικονομική η ιοντοεναλλαγή ιόντων στην προηγμένη επεξεργασία λυμάτων, θα ήταν επιθυμητή η χρήση χημικών αντιδραστηρίων αναγέννησης
(regenerants) και
αποκατάστασης (restorants) που θα αφαιρούν τόσο τα ανόργανα ανιόντα όσο και την οργανική ύλη από την κορεσμένη ρητίνη. Τα φυσικά χημικά υλικά και μέσα αναγέννησης και αποκατάστασης που είναι ικανοποιητικά στην απομάκρυνση της οργανικής ύλης από τις ρητίνες, περιλαμβάνουν υδροξείδιο του νατρίου, υδροχλωρικό οξύ, μεθανόλη, και μπεντονίτη. Μέχρι σήμερα, η ιοντοεναλλαγή είχε περιορισμένη εφαρμογή λόγω της εκτεταμένης προεπεξεργασίας που απαιτεί, τις ανησυχίες για τη ζωή των ρητινών και το πολύπλοκο σύστημα που ανάκτησης που απαιτεί. Οι υψηλές συγκεντρώσεις των αιωρημάτων στα λύματα μπορούν να βουλώνουν τις κλίνες ιονοενταλλαγής, προκαλώντας μεγάλες υδραυλικές απώλειες και ανεπαρκή λειτουργία. Η αναστολή της λειτουργίας της ρητίνη μπορεί να προκληθεί από οργανικά υπολείμματα που βρίσκονται σε λύματα βιολογικής επεξεργασίας. πιθανόν να απαιτείται κάποια μορφή χημικής επεξεργασίας και διαύγαση πριν από την ιοντοεναλλαγή μέσα στη ρητίνη. Αυτό το πρόβλημα λύνεται εν μέρει από την προφίλτρανση των λυμάτων ή από τη χρήση καθαριστή ρητινών πριν από την εφαρμογή στη στήλη ιοντοεναλλαγής. Λειτουργία & συντήρηση Η συντήρηση του εξοπλισμού απιονισμού νερού εξαρτάται από τον τύπο της ρητίνης ιοεναλλαγής. Επίσης απαιτείται γενικά κάποια παρακολούθηση ή διαχείριση της διαδικασίας ανάκτησης. Η σωστή και επαρκής αντίστροφη πλύση (backwashing) της κλίνης ρητίνης είναι ιδιαίτερα σημαντική για να εξασφαλιστεί η αναγέννηση της μονάδας. Ωστόσο, η αναγέννηση δημιουργεί απόνερα τα οποία κατά περίπτωση, μετά από εγκρίσεις, μπορούν να διατεθούν με ειδικό τρόπο και ελέγχους . Πλεονεκτήματα / μειονεκτήματα Πλεονεκτήματα •
Μια από τις πιο κατάλληλες τεχνολογίες για την αποτελεσματική απομάκρυνση διαλυμένων ανόργανων ιόντων.
•
Δυνατότητα για αναγέννηση ρητίνης
•
Σχετικά οικονομικό αρχικό κεφάλαιο επένδυσης
Μειονεκτήματα •
Δεν απομακρύνει αποτελεσματικά τα βακτήρια
E-learning
Page 65
Nireas Project 2.5 •
Υψηλό κόστος λειτουργίας σε μακροπρόθεσμη βάση
•
Η διαδικασία της αναγέννησης απορρίπτει απόνερα με άλατα στο περιβάλλον
2.5.4 ΠΡΟΗΓΜΕΝΕΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΕΣ ΟΞΕΙΔΩΣΗΣ Οι προηγμένες διεργασίες οξείδωσης (advanced oxidation processes - AOPs) χρησιμοποιούνται για την οξείδωση πολύπλοκων οργανικών συστατικών που βρίσκονται στα λύματα και είναι δύσκολο να αποικοδομηθούν σε βιολογικώς απλούστερα τελικα προϊόντα. Οι διεργασίες προηγμένης οξείδωσης τυπικά περιλαμβάνουν την παραγωγή και τη χρήση της ελεύθερης ρίζας υδροξυλίου (ΗΟ *), ενός ισχυρού οξειδωτικού για την καταστροφή των ενώσεων που δεν μπορούν να οξειδωθούν με συμβατικά οξειδωτικά όπως το οξυγόνο, το όζον, και χλώριο. Η ρίζα υδροξυλίου είναι ένα από τα πιο δραστικά γνωστά οξειδωτικά. Οι προηγμένες διεργασίες οξείδωσης διαφέρουν από τις άλλες διαδικασίες επεξεργασίας που συζητήθηκαν, επειδή οι ενώσεις λυμάτων αποικοδομούνται αντί να συγκεντρώνεται ή να μεταφέρονται σε μια διαφορετική φάση. Επειδή δεν παράγονται δευτερογενή απονέρα, δεν υπάρχει καμία ανάγκη για τη διάθεση ή την αναγέννηση των απόβλητων. Οι διάφορες τεχνολογίες συνοψίζονται στον επόμενο πίνακα, ανάλογα με το αν χρησιμοποιείται όζον στην αντίδραση. Από τις τεχνολογίες που αναφέρονται, μόνο οι συνδυασμοί όζον/UV, όζον/υπεροξείδιο του υδρογόνου, όζον/UV/υπεροξείδιο του υδρογόνου και υπεροξείδιο του υδρογόνου/UV χρησιμοποιούνται σε εμπορική κλίμακα.
E-learning
Page 66
Nireas Project 2.5 Παραδείγματα τεχνολογιών που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή της αντιδραστικής ελεύθερης ρίζας υδροξυλίου
(Eddy, 1999) Με βάση πολυάριθμες μελέτες, έχει βρεθεί ότι οι συνδυασμένες AOPs είναι πιο αποτελεσματικές από ό, τι οποιοσδήποτε από τους επιμέρους παράγοντες μεμονωμένα (π.χ. όζον, υπεριώδη ακτινοβολία, υπεροξείδιο του υδρογόνου). Οι AOPs εφαρμόζονται συνήθως σε λύματα με χαμηλό COD λόγω του κόστους του όζοντος και / ή του H2O2 που απαιτείται για τη δημιουργία των ριζών υδροξυλίου. Ετσι κάποιο υλικό που στο παρελθόν ήταν ανθεκτικό στην αποικοδόμηση μπορεί να μετατραπεί σε ενώσεις που θα απαιτούν περαιτέρω βιολογική επεξεργασία. Με μια ματιά (www.sswm.info) Στόχοι
Παραγωγή αντιδραστηρίων, ικανών να αποδομήσουν τοξικές ουσίες και βιολογική επιμόλυνση του νερού
Επαρκεια εξοπλισμού
Απαιτείται εξοπλισμός υψηλής τεχνολογίας.
Απόδοση
Yψηλή απόδοση για ειδικές ανθετικές ουσιες
Κόστη
Υψηλά λειτουργικά κόστη
Απαιτήσεις σχεδιασμού
Απαιτούνται εξειδικευμένοι μηχανικοί για το σχεδιασμό
E-learning
Page 67
Nireas Project 2.5
O&M
(λειτουργία
συντήρηση) Αξιοπιστία
Κύριο πλεονέκτημα Κύρια αδυναμία
και
Aπαιτείται συνεχής παροχή χημικών (ozone, H2O2…) Αξιόπιστη
αν
οι
λειτουργικές
συνθήκες
λαμβανουν
υπόψη
την
περιεκτικότητα των ουσιών στα λύματα Καταστρέφει τις περισσότερες ουσίες χωρίς ναμεταφέρει ρύπανση σε άλλη φάση Μεγάλα λειτουργικά κόστη
Πλεονεκτήματα / μειονεκτήματα Πλεονεκτήματα • Καταστρέφει τοξικές οργανικές ενώσεις χωρίς μεταφορά της ρύπανσης σε άλλη φάση • Πολύ αποτελεσματικό για την αντιμετώπιση σχεδόν όλων των οργανικών ρύπων και την απομάκρυνση ορισμένων τοξικών μετάλλων • Λειτουργεί επίσης, για την απολύμανση του νερού • Οικονομικές στην εγκατάσταση • Προσαρμόζεται σε μικρές κλίμακες στις αναπτυσσόμενες χώρες Μειονεκτήματα •
Σχετικά υψηλό κόστος λειτουργίας λόγω χημικών ουσιών ή / και κατανάλωση ενέργειας
•
Σχηματισμός των ενδιάμεσων ουσιών της οξείδωσης, δυνητικά τοξικών
•
Απαιτούνται μηχανικοί για το σχεδιασμό και συχνά επίσης και για τη λειτουργία
•
Αναπτυσσόμενες τεχνολογίες (απαιτείται ακόμα πολλή έρευνα) Μη κανονικές συνθήκες
Οι υψηλές συγκεντρώσεις ανθρακικών και δισσανθρακικών σε ορισμένα λύματα μπορεί να αντιδράσουν με * ΗΟ και να μειώσουν την αποτελεσματικότητα των προηγμένων διεργασιών οξείδωσης. Άλλοι παράγοντες μπορεί επίσης να επηρεάσουν τη διαδικασία της επεξεργασίας, όπως τα αιωρούμενα υλικά, το ρΗ,
το είδος και η φύση του υπολειμματικού TOC, και άλλα
συστατικά των λυμάτων. Επειδή η χημεία των λυμάτων είναι διαφορετική για κάθε υγρό απόβλητο, πιλοτικές δοκιμές είναι σχεδόν πάντα απαραίτητες για τη δοκιμή της τεχνικής εφικτότητας της
E-learning
Page 68
Nireas Project 2.5 μεθόδου, για την απόκτηση χρήσιμων δεδομένων σχεδιασμού και πληροφοριών, καθώς και για να αποκτηθεί εμπειρία της λειτουργίας με μία συγκεκριμένη AOP.
2.5.5 ΧΗΜΙΚΗ ΚΑΘΙΖΗΙΣΗ Τα τυπικά αστικά λύματα περιέχουν περίπου 50 έως 150 mg / l SS που καθιζάνουν δύσκολα. Αυτά τα πολύ μικρά σωματίδια έχουν πυκνότητες που προσεγγίζουν εκείνη του μέσου εναιώρησης (νερό). Τυπικά, αυτά τα στερεά είναι βακτήρια, ιοί, κολλοειδές οργανικές ουσίες και λεπτά στερεά ορυκτά. Η κατακρήμνιση των χημικών παραγόντων οδηγεί αυτές τις δύσκολες προς καθίζηση ουυσίες να να συσσωματωθούν (ανάπτυξη σωματιδίων) και να γίνει καθιζάνουσες. Η χημική κατακρήμνιση και διαχωρισμός των στερεών, προϋποθέτει την προσθήκη χημικών ουσιών που μεταβάλλει την φυσική κατάσταση των διαλυμένων και αιωρούμενων στερεών σε μεγαλύτερα σωαμτίδια , ώστε να διευκολυνθεί την απομάκρυνση τους με καθίζηση. Από το 1970 περίπου, η ανάγκη για την παροχή περισσότερο αποτελεσματικής απομάκρυνσης των οργανικών ενώσεων και θρεπτικών ουσιών (άζωτο και φώσφορο) που περιέχονται στα λύματα αύξησε το ενδιαφέρον για τη χημική κατακρήμνιση. Στην τρέχουσα πρακτική, η χημική κατακρήμνιση χρησιμοποιείται για την ανώτερη (τριτοβάθμια) επεξεργασία των λυμάτων: (1) για την αφαίρεση του φωσφόρου (2) για την απομάκρυνση των βαρέων μετάλλων και των διαλυμένων ανόργανων ουσιών
2.5.5.1 Απομάκρυνση φωσφόρου
E-learning
Page 69
Nireas Project 2.5 Η απομάκρυνση του φωσφόρου από τα λύματα περιλαμβάνει την ενσωμάτωση των φωσφορικών ιόντων σε μεγαλα αιωρούμενα σωαμτίδια και την επακόλουθη αφαίρεση αυτών των στερεών. Ο φώσφορος μπορεί να ενσωματωθεί είτε σε βιολογικά στερεά (π.χ. μικροοργανισμούς) είτε σε χημικά κατακρημνίσματα. Οι βασικές αρχές της βιολογικής απομάκρυνσης φωσφόρου εξετάστηκαν στο κεφάλαιο 2.4 "Δευτεροβάθμια επεξεργασία". Η απομάκρυνση του φωσφόρου σε χημικά κατακρημνίσματα περιγραφεται σε αυτή την ενότητα. Η χημική κατακρήμνιση (καθίζηση) του φωσφόρου επιφέρεται με την προσθήκη των αλάτων πολυσθενών μεταλλικών ιόντων που σχηματίζουν συσσωματώματα δυσδιάλυτων φωσφορικών αλάτων. Τα πολυσθενή ιόντα μετάλλου που χρησιμοποιούντα συνηθέστερα είναι το ασβέστιο [Ca (II)], το αργίλιο [ΑΙ (III)], και ο σίδηρος [Fe (III)]. Τα πολυμερή (πολυηλεκτρολύτες) έχουν χρησιμοποιηθεί αποτελεσματικά σε συνδυασμό με θειικό αργίλιο και ασβέστη ως κροκιδωτικά βοηθήματα. Επειδή η χημεία της με κατακρήμνισης του φωσφόρου με ασβέστιο είναι αρκετά διαφορετική από ό, τι με το αλουμίνιο και το σίδηρο, τα δύο διαφορετικά είδη κατακρήμνισης εξετάζονται χωριστά. Χημική καθίζηση με ασβέστιο Το ασβέστιο προστίθεται συνήθως υπό τη μορφή του ασβέστη Ca (OH)2. Η ποσότητα άσβεστου που απαιτείται για την κατακρήμνιση του φωσφόρου στα λύματα είναι τυπικά περίπου 1.4 με 1.5 φορές τη συνολική αλκαλικότητα, εκφρασμένη ως CaCO3. Επειδή απαιτείται μια υψηλή τιμή pH για την κατακρήμνιση του φωσφόρου, η συγκατακρήμνιση δεν είναι συνήθως εφικτή. Χημική καθίζηση με αργίλιο και σίδηρο Στην περίπτωση του θειικού αργιλίου και σιδήρου, 1 mole θα κροκιδώσει (συσσωματώσει) 1 mole φωσφορικού. Ωστόσο, αυτές οι αντιδράσεις είναι απατηλά απλές και πρέπει να εξεταστούν υπό το φως των πολλών ανταγωνιστικών αντιδράσεων και των συναφών σταθερών ισορροπίας τους, και των επιδράσεων της αλκαλικότητας, του ρΗ, των ιχνοστοιχείων, καθώς και των συμπλόκων που βρίσκονται στα λύματα. Λόγω των πολλών ανταγωνιστικών αντιδράσεων, οι δοσολογίες πρέπει γενικά καθορίζονται με βάση εργαστηριακές δοκιμές και περιστασιακά με πλήρους κλίμακας δοκιμές, ειδικά αν χρησιμοποιούνται πολυμερή. . Η Χημική καθίζηση του φωσφόρου στα λύματα μπορεί να συμβεί με μια σειρά από διαφορετικές θέσεις εντός ενός διαγράμματος ροής.
E-learning
Page 70
Nireas Project 2.5 Εναλλακτικά σημεία της προσθήκης χημικών για την απομάκρυνση φωσφόρου: (α) πριν από την πρωτοβάθμια καθίζηση, (β) πριν και /ή μετά από βιολογική επεξεργασία, (γ) μετά από δευτεροβάθμια επεξεργασία, και (d-f) σε διάφορες θέσεις
(μία διαδικασία γνωστή ως “split
treatment”
E-learning
Page 71
Nireas Project 2.5
(Eddy, 1999)
Οι γενικές περιοχές όπου ο φώσφορος μπορεί να αφαιρεθεί μπορούν να ταξινομηθούν ως: (1) προ-κατακρήμνιση (2) συνκατακρήμνιση (3) μετά την κατακρήμνιση Προ-κατακρήμνιση (Pre-precipitation), πριν τη βιολογική καθίζηση Η προσθήκη χημικών σε ανεπεξέργαστα λύματα για την κατακρήμνιση του φωσφόρου στις εγκαταστάσεις πρωτοβάθμιας καθίζηση ενομάζεται «προ-κατακρήμνιση». Το κατακρημνισμένο φωσφορικό απομακρύνεται με την πρωτοβάθμια ιλύ. Συγκατακρήμνιση ή ταυτόχρονη βιολογική-χημική καθίζηση (coprecipitation) Η προσθήκη χημικών για το σχηματισμό κατακρημνισμάτων που θα αφαιρεθούν μαζί με την περίσσεια βιολογικής ιλύος ορίζεται σαν ταυτόχρονη ή παραλληλη βιολογική-χημική καθίζηση. Τα χημικά μπορούν να προστεθούν (1) στην εκροή την πρωτοβάθμιας καθίζησης, (2) στο μικτό υγρό (στη μέθοδο ενεργού ιλύος διαδικασία), ή (3) στην εκροή μιας βιολογικής διαδικασίας επεξεργασίας πριν από την δευτεροβάθμια καθίζηση. Μετά τη τη βιολογική καθίζηση Στην περιοχή αυτή περιλαμβάνεται η προσθήκη χημικών ουσιών στην εκροή από εγκαταστάσεις δευτεροβάθμιας καθίζησης και η επακόλουθη απομάκρυνση των χημικών κατακρημνισμάτων. Σε αυτή τη διαδικασία, τα χημικά κατακρημνίσματα (συσσωματώματα) συνήθως αφαιρούνται σε χωριστές εγκαταστάσεις καθιζήσης ή σε φίλτρα εκροής. Απομάκρυνση φωσφόρου με χρήση μεταλλικών αλάτων και πολυμερών Σε ορισμένες περιπτώσεις, όπως στη διήθηση με βιολογικά φίλτρα (trickling filters) και στις διεργασίες παρατεταμένου αερισμού – ενεργού ιλύος, τα στερεά μπορεί να μην κροκιδώνονται και
E-learning
Page 72
Nireas Project 2.5 να μην καθιζάνουν καλά στη δευτεροβάθμια καθίζηση . Αυτή το πρόβλημα καθίζησης μπορεί να οξυνθεί σε υπερφορτωμένες μονάδες. Η προσθήκη αλάτων αργιλίου ή σιδήρου θα προκαλέσει την κατακρήμνιση των μεταλλικών υδροξειδίων ή φωσφορικώμ αλάτων, ή και των δύο. Τα άλατα αργιλίου και σιδήρου, μαζί με ορισμένα οργανικά πολυμερή, μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για να συσσωματώσουν κολλοειδή σωματίδια και να ενισχύσουνν την απομάκρυνση στα φίλτρα. Τα προκύπτοντα κροκιδωμένα κολλοειδή και τα συσσωματώματα (κατακρημνίσματα) θα καθιζάνουν εύκολα στη δευτεροβάθμια καθίζηση, μειώνοντας τα αιωρούμενα στερεά (TSS) στην εκροή και την πραγματοποίηση αφαίρεσης φωσφόρου. Οι δοσολογίες των αλάτων αργιλίου και σιδήρου συνήθως γίνονται με αναλογία 1 έως 3 ιόντα μετάλλου / φωσφόρου σε βάση μοριακής αναλογίας εάν το κατάλοιπο φωσφόρου στη δευτεροβάθμια εκροή είναι μεγαλύτερο από 0,5 mg / L. Για να επιτευχθούν επίπεδα φωσφόρου χαμηλότερα από 0.5 mg / L, απαιτούνται σημαντικά υψηλότερες δόσεις μεταλλικού άλατος και διήθηση. Τα πολυμερή μπορούν να προστίθενται (1) στη ζώνη ανάμιξης ενός ιδιαίτερα αναμεμιγμένου ή εσωτερικής επανακυκλοφορίας διαυγαστή (2) πριν από μία στατική ή δυναμική ανάμιξη, ή (3) σε μία δεξαμενή αερισμού. Παρά το γεγονός ότι χρόνοι ανάμιξης από 10 έως 30 δευτερόλεπτα έχουν χρησιμοποιηθεί για τα πολυμερή, είναι προτιμώτεροι μικρότεροι χρόνοι ανάμιξης (τυπικά λιγότερο από 10 s). Τα πολυμερή δεν θα πρέπει να υποβάλλονται σε ανεπαρκή ή υπερβολική ανάμιξη, όπως σημειώθηκε προηγουμένως, επειδή η αποτελεσματικότητα της διαδικασίας θα μειωθεί, με συνεπακόλουθο κακά χαρακτηριστικά καθίζησης και πάχυνσης. Απομάκρυνση φωσφόρου με χρήση ασβέστη Η χρήση του ασβέστη για την απομάκρυνση του φωσφόρου έχει μειωθεί τα τελευταία χρόνια , λόγω: (1) της σημαντικής αύξησης της ποσότητας ιλύος που πρέπει διαχειριστούμε μετά σε σχέση με τα άλατα μετάλλου και (2) των προβλημάτων λειτουργίας και συντήρησης που συνδέονται με τον χειρισμό, την αποθήκευση και την τροφοδοσία του ασβέστη. Όταν χρησιμοποιείται ασβέστης, οι κύριες μεταβλητές που ελέγχονται είναι δοσολογία είναι ο βαθμός απομάκρυνσης που απαιτείται και η αλκαλικότητα των υγρών αποβλήτων. Η δοσολογία λειτουργίας συνήθως πρέπει να καθορίζεται με επιτόπιο έλεγχο.Ο ασβέστης χρησιμοποιείται συνήθως ως παράγοντας κατακρήμνισης είτε στην δεξαμενή πρωτοβάθμιας καθίζησης ή μετά τη δεξαμενή δευτεροβάθμιας καθίζησης.
E-learning
Page 73
Nireas Project 2.5 Τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της απομάκρυνσης του φωσφόρου με την προσθήκη χημικών σε διάφορα σημεία σε ένα σύστημα επεξεργασίας συνοψίζονται στον παρακάτω πίνακα. Πλεονεκτήματα / μειονεκτήματα της χημικής προσθήκης σε διάφορα σημεία μία μονάδας επεξεργασίας για την απομάκρυνση φωσφόρου
(Eddy, 1999) 2.5.5.2 Απομάκρυνση βαρέων μετάλλων και διαλυμένων ανόργανων συστατικών Η χημική καθίζηση (Chemical precipitation) είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη τεχνολογία για την απομάκρυνση των περισσότερων βαρέων μετάλλων. Οι κοινοί παράγοντες κατακρήμνισης περιλαμβάνουν υδροξύλιο (ΟΗ-) και σουλφίδιο (S 2_). Το ανθρακικό (CO3 2_) έχει επίσης χρησιμοποιηθεί σε ορισμένες ειδικές περιπτώσεις. Το μέταλλο μπορεί να αφαιρεθεί χωριστά ή με συγκατακρήμνιση με φώσφορο. Τα μέταλλα ενδιαφέροντος περιλαμβάνουν το αρσενικό (As), βάριο (Ba), κάδμιο (Cd), χαλκό (Cu), υδράργυρο (Hg), νικέλιο (Ni), σελήνιο (Se), και ψευδάργυρο (Ζη). Τα περισσότερα από αυτά τα μέταλλα μπορεί να κατακρημνιστούν σαν υδροξείδια ή σουλφίδια. Στις εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων, τα μέταλλα κατακρημνίζονται πιο συχνά ως υδροξείδια μετάλλων μέσω της προσθήκης ασβέστου ή καυστικού σε κατάλληλο ρΗ όπου η διαλυτότητα είναι ελάχιστη.
E-learning
Page 74
Nireas Project 2.5
Πρακτικά εφικτά επίπεδα συγκέντρωσης λυμάτων στην απομάκρυνση βαρέων μετάλλων με χημική κατακρήμνιση
(Eddy, 1999)
E-learning
Page 75
Nireas Project 2.5
2.5.6 ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ & ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ Ερωτήσεις 1. Η τριτοβάθμια επεξεργασία βασίζεται συνήθως στο στόχο για την απομάκρυνση της οργανικής ύλης και των ολικών αιωρούμενων στερεών πέρα από ό, τι μπορεί να επιτευχθεί με τη συμβατική δευτεροβάθμια επεξεργασία. Σωστό ή Λάθος 2. Αναφέρετε τουλάχιστον 3 βασικές προηγμένες διεργασίες τριτοβάθμιας επεξεργασίας.. 3. Κατατάξτε τις ακόλουθες τριτοβάθμιες μεθόδους επεξεργασίας κατά αύξουσα σειρά, ανάλογα με την αποτελεσματικότητα απομάκρυνσης των ανόργανων και οργανικών συστατικών. Νανοδίηθηση, υπερ- και μικρο- διήθηση, διήθηση επιφάνειας 4. Όλες
οι
διεργασίες
μικροδιήθησης,
υπερδιήθησης,
νανοδιήθησης
και
διαδικασίες
αντίστροφης όσμωσης, είναι ουσιαστικά τεχνικές διήθηση με μεμβράνες. Σωστό ή Λάθος; 5. Πως ονομάζεται η διαδικασία κατά την οποία ένα φίλτρο βάθους καθαρίζεται; 6. Ποια είναι τα βασικά χαρακτηριστικά του μέσου του φίλτρου που επηρεάζουν τη λειτουργία του; 7. Ποια είναι η παράμετρος που προκαλεί το τέλος της φάσης διήθησης και την έναρξη της φάσης καθαρισμού; 8. Πως μετράται ο ρυθμός διήθησης; 9. Το δισκόφιλτρο είναι μία διεργασία διήθησης βάθους. Σωστό ή λάθος; 10. Στο δισκόφιλτρο ολόκληρη ην επιφάνεια του φίλτρου είναι βυθισμένη. Σωστό ή Λάθος; 11. Οι ρυθμοί υδραυλικής φόρτισης σε ένα δισκόφιλτρο είναι γενικά υψηλότεροι από ότι σε δισκόφιλτρο με μέσο-ύφασμα. Σωστό ή Λάθος; 12. Τι ονομάζεται ως πυκνότητα ροής μεμβράνης; 13. ΟΙ διεργασίες με μεμβράνες απαιτούν γενικά υψηλή ενέργεια Σωστό ή Λάθος; 14. Ποιος είναι ο λόγος που ο ρυθμός πυκνότητας ροής σε μία μεμβράνη σταδιακά μειώνεται με το χρόνο; 15. Η διαδικασία αντίστροφης όσμωσης, είναι πιο ακριβή από την άποψη της λειτουργίας κατασκευής και συντήρησης σε σύγκριση με τη μικροδιήθηση. Σωστό ή Λάθος;
E-learning
Page 76
Nireas Project 2.5 16. Όταν μια διαδικασία αντίστροφης όσμωσης ή νανοδιήθησης λαμβάνει χώρα, είναι απαραίτητη μια προεπεξεργασία της δευτεροβάθμιας εκροής. Σωστό ή Λάθος; ; 17. Αναφέρετε τρεις τεχνικές που χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο της έμφραξης μεμβρανών. 18. Ποιος
τύπος
ενεργού
άνθρακα
παρουσιάζει
δυνατότητα
προσρόφησης,
ο
κονιορτοποιημένος ή ο κοκκώδης; 19. Ποια είναι η βασική διαφορά μετακύ των προηγμένων διεργασιών οξείδωσης και άλλων προηγμένων διεργασιών όπως η ιοντοεναλλαγή, η προσρόφηση ή η διήθηση; 20. Η κατακρήμνιση του φωσφόρου από τα λύματα μπρεί να συμβεί σε διάφορα σημεία ενός διαγράμματος ροής. Σωστό ή λάθος; 21. Γιατί η χρήση του ασβέστη για την αφαίρεση φωσφόρου μειώνεται τα τελευταία χρόνια;
Απαντήσεις 1. Σωστό Διήθηση, Προσρόφηση ,Iοντοεναλλαγή ,Προηγμένες διαδικασίες οξείδωσης ,2.Χημική κατακρήμνιση 3. Διήθηση επιφανείας, μικρο-διήθηση Υπερ- διήθηση, Νανοδιήθηση 4. Σωστό 5. Διαδικασία αντίστροφης πλύσης 6. Μέγεθος κόκκου, Ομοιομορφία κόκκω ν 7. Όταν τα αιωρούμενα στερεά στα λυματα αρχίσουν να αυξάνονται πέρα από ένα αποδεκτό επίπεδο ή όταν το ύψος υδραυλικών (μανομετρικό) απωλειών αυξηθεί πάνω από ένα όριο κατά μήκος του διηθητικού στρώματος 8. Μετράται σε L/m2_min 9. Λάθος 10. Λάθος 11. Σωστό 12. Πυκνότητα ροής της μεμβράνης ονομάζεται ο ρυθμός στο οποίο το διήθημα (προϊόν διαπέρασης) ρέει μέσω της μεμβράνης 13. Σωστό 14. Έμφραξη μεμβρανών ή καθαλάτωση 15. Σωστό
E-learning
Page 77
Nireas Project 2.5 16. Σωστό 17. (1) προεπεξεργασία στο νερό τροφοδοσίας (2) αντίστροφη πλύση μεμβρανών, (3) χημικός καθαρισμός μεμβρανών 18. Κονιορτοποιημένος ενεργός άνθρακας 19. Οι ανώτερη οξείδωση διαφέρουν από τις άλλες διαδικασίες επεξεργασίας λυμάτων, επειδή οι ενώσεις αποικοδομούνται αντί να συγκεντρώνονται ή να μεταφέρονται σε μια διαφορετική φάση 20. Σωστό 21. Λόγω των (1) σημαντικής αύξησης της μάζας της ιλύος που πρέπει να διαχειριστεί σε σύγκριση με τα άλατα μετάλλου και (2) της λειτουργίας και των προβλήματων συντήρησης που συνδέονται με τον χειρισμό, την αποθήκευση και την τροφοδοσία του ασβέστη
E-learning
Page 78
Τοσχ έ δ ι οαυ τ όχ ρηµα τ οδο τ ήθηκ εµετ η ν υ ποστ ήρι ξ ητ ηςΕυ ρωπαϊ κ ήςΕπι τ ροπής .Η παρού σααν ακ οί ν ωσηδε σµε ύ ε ι µό ν οτ ο ν συ ν τ άκ τ ητ ηςκ αι ηΕπι τ ροπήδε νε υ θύ ν ε τ αι γι α τ υ χ ό νχ ρήσητ ωνπλ ηροφορι ώνπουπε ρι έ χ ο ν τ αι σε αυ τ ή ν .