Hidrologie
Surse de apa in natura
Surse
de apa
In functie de forma in care apare apa in natura, se
disting urmatoarele categorii de ape: apa atmosferica, ape de suprafata, ape
subterane (freatice sau de mare adancime) si apa sarata.
Apa
atmosferica reprezinta cea mai pura apa
din punct de vedere al substantelor dizolvate in ea. Cu toate acestea si ea
contine impuritati, incluzand gaze dizolvate (oxigen, azot, dioxid de carbon),
preluate din aer, si materie organica si anorganica in functie de compozitia
atmosferei. Apa atmosferica din zonele locuite mai contine particule de praf,
oxid de sulf si funingine. Concentratia totala de saruri nu depaseste de obicei
50 mg/l.
Apele de
suprafata din rauri, lacuri si bazine
de acumulare pentru uz industrial contin adesea substante solubile si
insolubile.
Apa
subterana se imbogateste in saruri
minerale la trecerea prin diferite straturi, iar la suprafata ajunge curata,
lipsita de particule inerte, dar, ca o regula generala, contine mai multe
saruri minerale decat apa de suprafata.
Apa sarata din mari si oceane contine cele mai mari cantitati de
saruri solubile. Apele de suprafata, subterane si sarate contin mai multe
saruri minerale decat apa atmosferica, in cele mai multe cazuri neputand fi
utilizate direct in procesele tehnologice fara un tratament prealabil.
  
Figura 8 Curbele
de schimb ionic pentru un sistem A+ B+
Aceste
echilibre succesive pot conduce la eliminarea completa a ionilor nedoriti din
solutia apoas . Insa, dupa ce trece un anumit volum de solutie, se observa cum
concentratia ionului B+ in solutie incepe sa creasca ceea ce releva
necesitatea regenerarii stratului de schimbator (figura 9 ).
Regenerarea se realizeaza prin
trecerea unei solutii concentrate de ioni de tipul A+ fie in acelasi
sens cu efluentul de tratat (echicurent) fie in sens contrar (contracurent).
  
Figura 9. Curbe de saturatie
pentru:
a) schimbatorul de ioni cu afinitate scazuta pentru ionul B+
b) schimbatorul de ioni cu afinitate mare pentru ionul B+
I zona de
functionare normala
II zona de epuizare partiala a stratului
de schimbator de ioni
III zona de epuizare totala a stratului de
schimbator de ioni
Parametrii operationali ai procesului de schimb ionic
 capacitatea de schimb ionic reprezinta masa de ioni susceptibila de a fi fixata pe unitatea
de volum de schimbator.
Capacitatea de schimb ionic se
exprima prin relatia:
Se pot distinge doua tipuri de capacitati de schimb:
Capacitatea totala de
schimb reprezentand numarul maxim de
echivalenti-gram ce pot fi retinuti de catre schimbatorul de ioni considerat.
Capacitatea utila de
schimb reprezentand o parte din
capacitatea totala ce poate fi efectiv utilizata si a carei valoare depinde de
conditiile hidraulice si de chimismul aplicatiei respective.
Viteza volumara:
Flux
de ioni:
f. i. =
viteza volumara x salinitatea apei
Nivel
de regenerare:
Randament de regenerare:
|
Pentru ca
un schimbator de ioni sa poata fi
utilizat la scara industriala trebuie sa respecte urmatoarele conditii:
v
Materialul trebuie sa fie insolubil in conditiile normale
de operare. La ora actuala toti
schimbatorii de ioni care sunt comercializati de diverse firme respecta aceasta
conditie. Exista unele exceptii in cazul in care se lucreaza la temperaturi mai
mari.
v
Granulele de schimbatori de ioni trebuie sa fie cat mai omogene posibil iar dimensiunile acestora sa permita o cadere de presiune pe stratul de rasina
cat mai redusa. In general
dimensiunile granulelor de schimbatori de ioni se situeaza in domeniul 0.3
1.2 mm.
v
Transformarile care au loc in timpul procesului de schimb
ionic trebuie sa nu afecteze structura
fizica a materialului. Procesul de schimb
ionic induce nu de putine ori o contractie sau o expansiune a granulei de rasina
datorita dimensiunilor diferite ale ionilor implicati in proces.
Desi la ora actuala se produc schimbatori de ioni care pot fi adaptati
pentru diverse conditii experimentale pentru o operare eficienta in acest tip
de procese trebuie respectate cateva reguli de baza:
Concentratia de ioni poluanti din efluentul lichid nu poate depasi o
valoare limita deoarece peste aceasta valoare eficienta procesului de
schimb ionic este scazuta iar stratul de rasina necesita regenerari foarte
dese.
Efluentul care trece peste stratul de schimbatori de ioni trebuie sa nu contina suspensii coloidale sau emulsii deoarece acestea diminueaza considerabil capacitatea de schimb a rasinilor si
pot duce la micsorarea duratei de utilizare a lor.
Este necesar ca gazele dizolvate in efluentul supus tratarii sa fie
eliminate deoarece produc perturbari in procesul de schimb
ionic.
Trebuie sa se evite prezenta unor oxidanti puternici in efluentul lichid deoarece acestia pot afecta structura polimerului.
3.1 Schimbatori
de cationi (cationiti)
In functie de taria
acida a gruparilor functionale care intra in componenta cationitilor se
disting:
Schimbatori de ioni cationici puternic acizi (SICAT)
Schimbatori de ioni cationici slab acizi (SICAS)
Prima categorie (SICAT) are in componenta grupari
sulfonice (SO3H) ceea ce le confera o aciditate similara cu cea
a acidului sulfuric. Cele mai uzuale rasini
de acest tip sunt obtinute din copolimerizarea stirenului cu divinilbenzen.
Raportul divinilbenzen / stiren se numeste grad de reticulare si cu cat acesta
este mai mare cu atat reteaua polimerului este mai densa. Granulele de
copolimer sunt ulterior suspuse procesului de sulfonare.
Cea dea doua categorie (SICAS) sunt in general rasini
poliacrilice care contin grupari carboxilice. Acesti schimbatori de ioni se
diferentiaza de cei puternic acizi astfel:
Fixeaza cationi
care sunt in echilibru cu anioni proveniti de la acizi slabi (bicarbonati) si
nu de la acizi tari (sulfati, cloruri etc.).
Regenerarea se
face usor si complet
3.2
Schimbatori de anioni
(anioniti)
Analog cationitilor si acesti schimbatori de ioni se pot clasifica dupa taria gruparilor functionale
in doua categorii:
Schimbatori de ioni anionici puternic bazici (SIABT)
Schimbatori de ioni anionici slab bazici (SIABS)
Schimbatorii anionici tip baza tare contin grupari cuaternare de amoniu simple care au
bazicitate puternica dar capacitate de schimb redusa si grad de regenerare
scazut sau grupari cuaternare de amoniu
alchilate care au bazicitate mai slaba dar prezinta o capacitate de schimb
ridicata si un randament de regenerare foarte bun.
Schimbatori anionici slab bazici contin un amestec de
grupari aminice primare, secundare, tertiare si chiar cuaternare legate de un
substrat (polimer) cu caracter aromatic,
alifatic, sau heterociclic. Capacitatea de adsorbtie a
anionitilor baze slabe este puternic influentata de pH (peste pH=7 creste
foarte mult) iar in ceea ce priveste procesul de regenerare acesta se realizeaza
mai usor si mai complet decat iin cazul
anionitilor puternic bazici.
Rasini adsorbante
Reprezinta un tip
special de rasini a caror proprietate principala o reprezinta adsorbtia
moleculelor organice din efluenti aposi.
Rasini chelatante
Contin grupari
functionale de tip chelat care complexeaza cu ionii metalici din solutie
(aminofosforice, aminodiacetat, tioureice etc.). Cu ajutorul acestor rasini se
pot retine metalele grele cu randamente foarte bune.
Partea experimentala
Atmosfera slujeste drept colector nu numai a
poluantilor organici ci si a celor anorganici, in particular a unor metale
toxice cum sunt mercurul, plumbul, cadmiul, etc..
Metalele ajung in aer sub forma de
aerosoli solizi care rezulta la arderea carbunelui, petrolului, turbei si
unor minereuri, din fumul cuptoarelor de topire la producerea otelului si a
aliajelor metalice, apoi sunt preluate de apa de ploaie si ajung pe sol si de
aici in apele de suparafata sau in cele subterane. Ca rezultat al activitatii
antropogene ajung in atmosfera cantitati de cateva ori mai mari de aur,
cadmiu, plumb, staniu, selen, telur si alte metale, decat din surse
naturale.
Pentru a preintampina
efectele negative pe care metalele grele le au asupra organismului uman trebuie
sa gasim solutii viabile pentru depoluarea apelor.
In aceasta
lucrare ne-am propus testarea eficientei unui adsorbent comercial (Arsenex)
utilizat indeosebi la depoluarea apelor impurificate cu arsen, la inlaturarea
cadmiului din o serie de solutii apoase sintetice cu diferite pH-uri si la
diferite temperaturi, ale mediului.
Figura.5.1 Particulele de Arsenex
Reactivii utilizati in experimentele de adsorbtie au fost
de puritate analitica Merk, si s-au folosit fara o purificare prealabila. Solutiile standard
de Cd s-au obtinut prin dilutia corespunzatoare a solutiei de baza (1000 mg/L
Cd). Pentru prepararea solutiei de ioni metalici s-a utilizat apa de puritate
ridicata, obtinuta cu un sistem de purificare a apei de tip Easy Pure. Ajustarea pH-ului fiecarei solutii in parte s-a realizat cu
solutii de HCl (1N) si NaOH (1N).
Experimentele de adsorbtie
s-au realizat in conditii statice (sistem Bach), folosind 0.08 g de adsorbent in 20 mL solutie apoasa
de ioni de Cd2+ cu concentratii variind intre 20 si 200 mg/L, valori
de pH (3, 5 si 8) si diferite temperaturi (5, 20 si 40 0C).
Amestecurile au fost astfel agitate
timp de 24 h cu ajutorul unui agitator rotational tip GFL 3025. Temperaturile la
care a avut loc adsorbtia au fost mentinute constante cu ajutorul unui
incubator tip Caloris- Termostat TCR 100 (Fig. 5.2), dupa care probele s-au
filtrat, iar concentratiile reziduale ale ionilor metalici din solutie s-au
masurat prin spectrometrie de absorbtie atomica.
Figura. 5.2 Incubatorul Caloris utilizat la mentinerea constanta a temperaturii
5.1. Determinarea Cd din probele de apa
Principiul
determinarilor cantitative in SAA este aproximativ acelasi cu cel din spectrometria de absorbtie moleculara,
descrisa in capitolul anterior si legea lui Lambert-Beer este deci
valabila si pentru aceasta tehnica:
A
= k
C
-
unde A
este absorbanta, C este concentratia elementului de analizat iar k
este un coeficient specific fiecarui element pentru o anumita lungime de unda.
Absorbtia radiatiei de catre atomi depinde de
numarul de atomi aflati in stare fundamentala, N0 in norul atomic din flacara si de drumul optic al
flacarii. Aceste doua variabile sunt foarte greu de determinat dar, pe de alta
parte drumul optic poate fi mentinut constant si astfel concentratia atomilor
din norul atomic devine proportionala cu cea a analitului din proba
aspirata.
Absorbanta inregistrata de
instrument se obtine din raportul intre intensitatile radiatiei transmise in
prezenta (I) si in absenta (I0) probei:
A = -
logT = log(I0/I)
Masuratorile
se realizeaza prin compararea absorbantei masurate pentru proba de analizat cu
absorbantele determinate pentru o serie
de etaloane. Procedura utilizata foloseste clasicul protocol: trasarea unei
curbe de calibrare sau folosirea metodei aditiilor standard, pentru domenii de
concentratii care indeplinesc conditiile de linearitate ale absorbantei functie
de concentratie.
Componentele de baza ale SAA sunt:
sursa
de radiatii;
sistemul
de atomizare a probelor (flacara,
cuptorul de grafit),
monocromatorul
detectorul.
Schema
optica si principiul de functionare ale unui spectrometru de absorbtie atomica
sunt prezentate in figura 5.3.
Figura. 5.3. Schema spectrometrului de absorbtie atomica
Radiatia luminoasa ce traverseaza flacara, este furnizata de o sursa
speciala ce elibereaza numai radiatia monocromatica cu lungime de unda specifica
elementului ce se cerceteza (catodul lampii este confectionat din acel
element). Absorbtia acestei radiatii se va realiza numai de catre atomii
elementului chimic corespunzator din solutia ce se analizeaza (se stie ca
fiecare element chimic are capacitatea de a absorbi din spectru doar radiatia
monocromatica cu lungime de unda specifica lui).
Absorbanta este proportionala cu concentratia in flacara
a atomilor elementului de interes, deci cu concentratia acelui element in solutie
si in final in proba.
Pentru evaluare cantitativa este necesara folosirea unui
standard de referinta si anume, o solutie care contine numai elementul dorit,
cu concentratie cunoscuta.
5.1.1 Reactivi si materiale utilizate
Apa de inalta
puritate- pastrata numai in
recipiente de material plastic, bine inchise.
Sursele de apa care se folosesc pentru alimentarea cu apa
a centrelor populate si in industrie, sunt apele subterane si apele de suprafata. Alegerea surselor de apa se
face in urma unor studii care tin seama de debitul
si calitatea apei necesare consumatorilor si de eficienta economica a
investitiilor. Sursele de apa sunt protejate cu amenajari denumite zone de
protectie sanitara in vederea pastrarii calitatii apei si prevenirii riscului
de impurificare. In afara de circuitul natural al apei in natura, exista si
sisteme industriale pentru consumul si exploatarea apei. Astfel, apele sunt preluate
cu pompe si transportate prin conducte la statiile de tratare a apei brute,
intrucat, in majoritatea cazurilor, este necesara aplicarea de tratamente
preliminare pentru a aduce indicatorii de calitate ai apei la cei necesari
pentru diferite procese tehnologice.
 |
|
Hidrologie
|
|
|
Esee pe aceeasi tema
|
|
| Ramai informat |
Informatia de care ai nevoie
Acces nelimitat la mii de documente. Online e mai simplu. |
Contribuie si tu!
Adauga online documentul tau.
|
|
|
| |
