PROCESS EL ENTREPRENAD INSTALLATION - AUTOMATION. Ytvattenrening

Transkript

1 Ytvattenrening 1

2 2

3

4 Förbehandling Ofta används en förbehandling på inkommande vatten för att avskilja grövre partiklar så som alger, kvistar samt fisk. En teknisk lösning på detta är grovgaller samt silar. 4

5 Kemisk Flockning Ytvatten innehåller ofta partiklar som ger vattnet färg samt Turbiditet. Färg och turbiditethar ibland ett samband men inte alltid. Partiklar som ger färg &/eller turb. Kan också innebära ett innehåll av COD alt. TOC samt mikroorganismer. I syfte att reducera dessa parametrar till acceptabla nivåer så nyttjas ofta kemisk fällning & flockning. 5

6 forts Fällningskemikalien åstadkommer en koagulering och flockbildning. Partiklar och humusämnen adsorberas och innesluts i flockarna som blir tunga och sedimenterar i sedimenteringsbassänger eller avskiljs i filter. Flockarna är omtåliga varpå Ibland hjälpkoagulanter, tex vattenglas doseras för att stärka flocken. Fällningskemikalie är surt. Kan liknas vid en syra eftersom de reagerar med vatten. Alkalinitet sjunker och kolsyran ökar. Ibland krävs en föralkalisering om vattnet är för lågt buffrat. Al 2 (SO 4 ) + 6HCO - =>2Al(OH) +6CO 2 +SO 4 2- Aluminiumsulfat + Vätekarbonat => Aluminiumhydroxid + Koldioxid + Sulfat 6

7 forts Förutsättningarna för kemisk flockning är viktiga. Optimalt kring ph 5,5-6,8 för aluminiumsulfat. (Vanligen 6-6,8). Felaktigt fällnings-ph ger problem med alumiuniumrest och otillräckligt reningsresultat. Aluminiumsulfat kommer som granuler och lösning blandas i vattenverket. Polyaluminiumklorid levereras flytande. Fällningsprocessen påverkas av om det är kallt i vattnet. Kemin går långsammare vid kalla temp. Aluminiumsulfat kräver längre flockningstider än polyaluminiumklorid. 7

8 forts Två kemiska förlopp sker vid inblandning av fällningskemikalie. 1) Laddningsneutralisation & 2) Koagulering. Dessa två påverkar reningsresultatet tydligt och vid brister i anläggningen så är det dessa faktorer som man ofta kan justera. 8

9 Laddningsneutralisation När positivt laddad Aluminium träffar på negativt laddade humuspartiklar så neutraliseras laddningen och en fast förening bildas. En intensiv inblandning av kemikalien är viktig för att erhålla rätt effekt. Vissa produkter av fällningskemikalier jobbar mer med laddningsneutralisation. (de med hög laddning) 9

10 Koagulering Al(OH) Al(OH) Al(OH) Då Aluminium reagerar med vatten så bildas klibbig Aluminiumhydroxid. Denna hydroxid bildar moln som sveper in partiklar & mikroorganismer. (Svepkoagulering). Bildade flockar är känsliga för mekanisk åverkan. Flocken kan armeras med hjälp av en polymer eller vattenglas. Produkter med låg laddning jobbar mer med koagulering. 10

11 Flockens stabilitet & halten fritt Al. Vid vissa ogynnsamma ph så går bildad aluminiumflock i lösning. Det är därför viktigt att under processen hålla ph inom optimalt fällnings ph för produkten man använder. 11

12 Dosen fällningskemikalie Alumiumsulfatdosg/m : 0,7*färgtal+ 15 (ger för hög dos vid höga färgtal) Exempel: Färgtal =50 Alsulfatdos=0,7*50+15=50 g/m 12

13 Räkneexempel 1. Räkna ut Aluminiumsulfatdosen om färgtalet är 25? 2. Hur mycket vätekarbonat förbrukas och hur mycket koldioxid bildas?. Hur stor är aluminiumdosen i g/m? 4. Hur många ml/m ska doseras om PAX XL100 Densitet 160 kg/m och 9, viktprocent Al? 5. Vad blir ph-värdet i flockningen om alkaliniteten före fällningen är 25 mg/l och ph 7? 1

14 1 -Räkna ut Aluminiumsulfatdosen om färgtalet är 25? Alumiumsulfatdosg/m = 0,7*färgtal+ 15 (ger för hög dos vid höga färgtal) Aluminiumsulfatdos = 0,7 * = 2,5 g/m 14

15 2 -Hur mycket vätekarbonat förbrukas och hur mycket koldioxid bildas? Al 2 ( SO ) o14h O + 6HCO 2Al( OH ) + 6CO + SO mol vätekarbonat förbrukas och 6 mol koldioxid bildas av en mol aluminiumsulfat! Molvikt Aluminiumsulfat: 27*2+*(2+16*4)+14*(2*1+16)=594 g/mol Bildas : CO Al 2 (SO 4 ) 6 HCO - 6 CO 2 Förbrukas : HCO 594 g 66 g 264 g 1 g 0,62 g / g 0,44 g / g 2 = 2,5 g = 2,5 g m m *0,44 g *0,62 g g g 14 g 20 g m m 4 15

16 -Hur stor är aluminiumdosen i g/m? Aluminiumsulfat innehåller 9,1 % Aluminium. 9, Al = 2,5 g m * = 2,95 g m Dosen Aluminium räknas ut då man vill använda annan kemikalieän ALU-sulfat. 16

17 4 -Hur många ml/m ska doseras om PAX XL100, Densitet 160 kg/m och 9, viktprocent Al? Info om hur mycket Al en produkt innehåller finns i tillverkarens produktdatablad. 160kg m 2,95 g m 126,48 g l 9, * 100 *1000ml = 126,48 kgal / l 2, ml m m 126,48 gal l 17

18 5 -Vad blir ph-värdet i flockningen om alkaliniteten före fällningen är 25 mg/l och ph 7? 81 % Fraction 19 % [CO 2 ] TOT = 1.00 M H 2 CO HCO CO ph 18

19 Utgångsvärden beräknas [ HCO ] ph [ HCO [ [ 2 CO [ [ C ] tot [ CO [ CO 2 = 2 = 7 = = = 25mg l 61mg mmol 0% [ CO [ 81% 2 0,41mmol 0,81 0,51* 0,19 = 0,097 mmol 19% l = 0,41mmol 0,51mmol 0,097 mmol l *44mg l l mmol l 4,mg För att svara på frågeställningen så tas utgångsvärdena fram. l 19

20 Nytt ph HCO CO 2 F = : : [ innan] [ förbrukning] [ innan] + [ bildas] CO HCO 2 18,mg = 5mg l F =,8 = ph : 5,8 l,66 U8 sid 26 = 25mg l 20mg l = = 4,mg l + 14mg l = 18,mg 5mg l l 20

21 Avskiljning av bildad flock Den bildade flocken avskiljs antingen genom sedimentering eller filtrering. Båda metoderna dimensioneras enligt ytbelastningsteorin. Det finns flera olika typer av sedimenteringsbassänger samt typer av filter att välja emellan. 21

22 Sedimentering [Rita och visa bilder] Lamellsedimentering [Rita & räkna ex] Ytbelastning Lovöbassäng 22

23 Filtrering [Rita och visa bilder] Snabbfilter Backspolning m /m 2 /h Spolvattenförbrukning 2-5 % Långsamfilter 0,2-0,4 m /m 2 /h [Rita & räkna ex] Ytbelastning Gångtid Spolvatten Ytbelastning 5-10 m /m 2 /h Skummas! (Alt fryses, krattas.) 2

24 Filtermotstånd Djup Vattentryck Filter i drift Djup Filtermotstånd Undertryck Nyspolat filter Vattentryck Djup Filter i drift- motståndet ökar successivt Vattentryck 24

25 Slamhantering Vid ytvattenrening så är en restprodukt det slam som bildas. Denna restprodukt hanteras lite olika beroende på storleken på anläggningen och hur mycket slam som bildas. Vid stora vvså är det vanligt att den avvattnas, tex med centrifug och vid mindre verk så är det vanligt att slammet pumpas till avloppsreningsverket. 25

26 Alkalisering Alkalisering är en höjning av ph samt Alkalinitet. Alkalisering är en kemisk process där vattnet innehåll av karbonater förändras. Syftet med Alkalisering kan vara olika: Utgående dricksvatten för skydd av ledningsnätet. Justering av vattenkvalité inför annan process. Vanliga sådana metoder är tillsatts av Lut, kalk eller genom intensivluftning. De tekniker som nyttjas är olika 26

27 Metoder Luftning avdrivning av kolsyra. Höjer ph, minskar kolsyran. Alkalinitet oförändrad. Vanligast i grundvatten men kan förekomma vid ytvatten. Lut (NaOH), Soda (Na 2 CO ). Höjer ph, kolsyran minskar när den binds till alkalinitet. Släckt kalk och alkaliska massor, höjer även hårdheten. Rek, alkalinitet > 60 mg/l 27

28 Hårdhet Hårdhet syftar på vattnets innehåll av kalcium och magnesiumjoner. Tyska grader, dh. 1 dh=10 mg/l CaO~20 mg/l CaCO En hög hårdhet ger högre dosering av tvättmedel & utfällningar i varmvattensystem. Kalciumhalten bör överstiga 20 mg/l för korrosionskontroll. Ska inte överstiga 100 mg/l pga risk för kalkutfällningar. 28

29 Metoder för att höja hårdheten Filtrering genom alkaliska massor kalciumkarbonatmassa (CaCO ) och dolomitmassa (MgO. CaCO ). (Mindre vattenverk). Höjer ph, alkalinitet och hårdhet. Koldioxid minskar. Dolomitmassa kan ge mycket höga ph-värden vid filterstillestånd pgaatt magnesium reagerar med vattnet och vätgas avgår. Kalk-kolsyrametoden. Dosering av släckt kalk (Ca(OH) 2 ). Höjer ph, alkalinitet och hårdhet. Koldioxid minskar. Kalciumklorid, CaCl 2. Höjer endast hårdhet. 29

30 Kemiska reaktioner vid alkalisering & hårdhetshöjning Ca ( ) 2 + OH 2CO Ca + HCO NaOH Na CO2 Na + HCO + 2CO + CO2 + H2O 2Na + 2HCO CaCO 2HCO CO2 + H 2O Ca + CaCO 4HCO MgO + CO2 Ca + Mg + 0

31 Koldioxid & kolsyra CO H 2 2CO Koldioxid i vattnet förekommer till stor del som gasen CO 2. En liten andel av koldioxiden löser sig i vattnet och reagerar med vatten för att bilda kolsyra, H 2 CO. Trots att mängden kolsyra är liten i förhållande till mängden koldioxid så säger man kolsyra då det är syran som reagerar med motstående basen. 1

32 CO + H O 2 2 H 2 CO 2

33 Den kemiska jämvikten kalk - kolsyra Den i vattnet lösta kolsyran kallas Fri kolsyra. För att hålla en viss mängd Kalcium samt vätekarbonat i lösning så krävs en viss mängd kolsyra. Denna mängd kolsyra kallas tillhörande kolsyra. Övrig mängd kolsyra löst i vattnet kallas aggressiv kolsyra. Tillhörande kolsyra + Aggressiv kolsyra = Fri kolsyra CO2 + H2O Ca + CaCO 2HCO

34 forts CO2 + H 2O Ca + CaCO 2HCO Därmed så är den tillhörande kolsyran redan upptagen med att hålla en specifik mängd Ca och HCOi lösning. Tillgängligt för att reagera med andra tillkommande ämnen är då Aggressiv kolsyra. 4

35 Ex. Ett vatten är renat och skall nu efteralkaliseras. ph är 7,2 & Alkalitetenär 8 mg HCO/liter. Målet vi vill nå är ph 8,0 samt en alkalinitet på 70 mg/l i utgående vatten. Vi kommer använda Lut som kemikalie. 5

36 1. Tag reda på mängden kolsyra. Först och främst så måste vi ta fram mängden kolsyra innan tillsatts av alkali. Detta kan ske genom metoden med Karbonatsystemet eller med Nomogrammet på sid 65 i P80 alternativt med F-värdet i U8. Enligt F-värdet är det en kolsyrahalt på 5,7 mg/l. Enligt Nomogrammet är det en halt på 5,9 mg/l. Enligt Karbonatsystemet är det en halt på 5,6 mg/l 6

37 2. Beräkna behovet. Nästa steg är att beräkna behovet av alkalinitets höjning. Ökningen är differensen mellan önskad halt och halt innan tillsatts. ( mghco l) 70 8 = 2 7

38 . Beräkna behovet av kolsyra. Genom att använda oss av en viss alkaliserande kemikalie, i detta fallet Lut, så kan vi höja alkaliniteten med en specifik mängd. Denna mängd kräver en viss mängd kolsyra. 2 ( ) mghco l 2mgCO l mghco 1,4 mgco2 Alkaliseringsmedel Allt per g CO 2 /m Kemikalie l l Utbyte % 2 Åtgång g/m Höjning *dh Höjning Ca mg/l Höjning HCO -mg/l NaOH 100 0, ,4 8

39 4. Beräkna behovet av Lut. Vi kan med samma tabell beräkna åtgången va lut. ( mg mgco )*2mgCO l 20, mg l 0,9 lut 2 2 = 7 Alkaliseringsmedel Allt per g CO 2 /m Kemikalie Utbyte % Åtgång g/m Höjning *dh Höjning Ca mg/l Höjning HCO -mg/l NaOH 100 0, ,4 lut 9

40 5. Mängden tillgänglig kolsyra? När vi tittar på beräkningen i. så ser vi att behovet av kolsyra var 2 mg/l och enligt 1. så fanns det i vattnet innan alkalisering ~ 5 mg/l tillgängligt. Vi behöver alltså tillsätta kolsyra till vattnet för att kunna uppnå en kemisk reaktion med Lut överhuvudtaget. 40

41 6. Beräkning av kolsyra dos. Kolsyra är en kemikalie som kan doseras till vattnet. I detta exempel så har kolsyran ett 80 %-igtutbyte med vattnet vid dosering. 2mgCO 18mgCO 0, l 5mgCO l 2 = 22,5 mgco l = 18mgCO 2 l Dock behöver vi ett visst överskott för att erhålla ett specifikt ph. 2 l 41

42 7. ph då? I uppgiftens beskrivning så bestämde vi att vi ville ha ett slutligt ph på 8,0. Hur uppnår vi det när vi neutraliserat all kolsyra? Vi doserar lite mer! Men hur mycket skall doseras? 42

43 7. ph då? forts Vi kan beräkna mängden som krävs för ett visst ph med de inledande metoderna för ph framtagning. Karbonatsystemet, F-värde samt nomogrammet. Enligt F-värdet är behovet: 1,68 mg CO2/l 4