Více

11.2: Vlastnosti vody - geovědy

11.2: Vlastnosti vody - geovědy


Díky fyzikálním a chemickým vlastnostem je voda nezbytná pro život a užitečná pro civilizaci. Voda je molekula vyrobená z jednoho záporně nabitého (-2) kyslíkového iontu a dvou kladně nabitých (+1) vodíkových iontů, což jí dává chemický vzorec H2O, se silnými kovalentními vazbami mezi kyslíkem a dvěma vodíkovými ionty. Tvar molekuly vody umožňuje nerovnoměrné rozložení náboje, kde jedna strana je mírně pozitivní a jedna strana je mírně negativní. Kvůli tomu polarita, molekuly vody tvoří mezi sebou vodíkové vazby. Vodíkové vazby jsou elektrostatické mezimolekulární vazby, které jsou slabší než iontové a kovalentní vazby (viz diskuse v kapitole Minerály). Voda je amfoterní, to znamená, že může sama ionizovat a rozpadat se na kyselý vodíkový iont (H+) a hydroxylový ion (OH), chemicky báze. Kvůli jeho polaritě a schopnosti být amfoterní, voda je univerzální rozpouštědlo— Chemikálie, která může rozpouštět celou řadu dalších chemikálií.

Další vedlejší účinky polarity vody jsou soudržnost (voda se ráda drží sama) a přilnavost (voda se ráda drží jiných věcí). Voda má nejvyšší soudržnost ze všech nekovových kapalin. Soudržnost dodává vodní hladině napětí a umožňuje vodnímu hmyzu plavat na vodní hladině. Povrchové napětí dává dešťovým kapkám sférický tvar. Kapilární účinek nastává, když kombinace adhezivních a kohezních sil způsobí, že voda se bude pohybovat po úzkých průchodech a trubkách a stoupá výš než okolní kapalina. Kapilární působení nastává, když je adheze vody k trubce větší než vnitřní kohezní síly vody. Papírové ručníky mají malé póry, které používají kapilární síly k vyčištění rozlité vody. Rostliny používají kapilární síly k čerpání vody do tkání.

Voda má vysokou měrnou tepelnou kapacitu. Specifické teplo je množství tepla potřebné ke zvýšení teploty látky. Ve srovnání s mnoha jinými látkami vyžaduje voda ke zvýšení teploty velké množství tepla. Vysoké měrné teplo vody jí umožňuje působit jako energetický nárazník pro extrémní změny teploty vzduchu. Umožňuje také oceánům nasávat sluneční teplo, aniž by se příliš měnila teplota, a distribuovat toto teplo po Zemi proudy, čímž se Země stává obyvatelnou.

Křivka hustoty vody ukazuje, že jak se voda ochlazuje, stává se hustší, stejně jako většina ostatních látek, ale její největší hustota se vyskytuje při asi 4 stupních Celsia, zatímco většina ostatních látek hustotu zvyšuje, dokud nezmrzne. Tato jedinečná křivka hustoty znamená, že voda je nejhustší těsně nad bodem mrazu a klesá. Oceány tak zůstávají kapalné. Pokud by se voda chovala jako jiné látky, oceány by byly zmrzlé.

Když voda zamrzne, uspořádají se molekuly v dobře uspořádané krystalové struktuře a vytvoří mezi nimi odstup, který je větší, než když je voda v kapalné formě. Rozdíl v molekulárních rozestupech způsobuje, že led je méně hustý než voda, což z něj dělá větší vztlak než kapalná voda, což způsobuje, že plave na vodě. Díky své vysoké měrné tepelné kapacitě led plovoucí na povrchu jezera izoluje kapalnou vodu pod ním a chrání ji před zamrzáním.

Díky vodíkovým vazbám má voda také vysoké odpařovací teplo. K odpaření vody je zapotřebí značné množství energie. Jak se voda odpařuje, energie je absorbována štěpením vodíkových vazeb a vzduch kolem odpařující se vody je ochlazen. Tato energie se ukládá ve vodní páře.


11.1 Proces rozpuštění

Byla představena dřívější kapitola tohoto textu řešení, definované jako homogenní směsi dvou nebo více látek. Jedna složka roztoku je často přítomna ve výrazně vyšší koncentraci, v takovém případě se nazývá solventní. Ostatní složky roztoku přítomné v relativně menších koncentracích se nazývají rozpuštěné látky. Cukr je kovalentní pevná látka složená z molekul sacharózy, C12H22Ó11. Když se tato sloučenina rozpustí ve vodě, její molekuly se rovnoměrně rozdělí mezi molekuly vody:

Dolní index „vod„V rovnici znamená, že molekuly sacharózy jsou rozpuštěné látky, a tedy jsou jednotlivě rozptýleny skrze vodný roztok (voda je rozpouštědlo). I když jsou molekuly sacharózy těžší než molekuly vody, zůstávají rozptýleny po celém roztoku gravitace nezpůsobuje jejich „usazení“ v průběhu času.

Stejně jako u směsi cukru a vody je i tato směs vodným roztokem. Jeho rozpuštěné látky, draselné a dichromanové ionty, zůstávají jednotlivě rozptýleny mezi molekulami rozpouštědla (vody).

Odkaz na učení

Navštivte tuto virtuální laboratoř a podívejte se na simulace rozpouštění běžných kovalentních a iontových látek (cukr a sůl) ve vodě.

Voda se používá tak často jako rozpouštědlo, že slovo roztok přišlo pro mnoho lidí jako vodný roztok. Jako rozpouštědlo však může působit téměř jakýkoli plyn, kapalina nebo pevná látka. Mnoho slitin je pevnými roztoky jednoho kovu rozpuštěného v jiném, například americké pět centové mince obsahují nikl rozpuštěný v mědi. Vzduch je plynný roztok, homogenní směs dusíku, kyslíku a několika dalších plynů. Kyslík (plyn), alkohol (kapalina) a cukr (pevná látka) se všechny rozpouštějí ve vodě (kapalině) za vzniku kapalných roztoků. Tabulka 11.1 uvádí příklady několika různých roztoků a fází rozpuštěných látek a rozpouštědel.

Řešení Solute Solventní
vzduch Ó2(G) N2(G)
nealkoholické nápoje 1 CO2(G) H2Ó(l)
vodík v palladiu H2(G) Pd (s)
tření alkoholu H2Ó(l) C3H8Ó(l) (2-propanol)
slaná voda NaCl (s) H2Ó(l)
mosaz Zn (s) Cu (s)

Řešení vykazují tyto charakteristické rysy:

  • Jsou homogenní po smíchání roztoku, má ve všech bodech stejné složení (jeho složení je jednotné).
  • Fyzikální stav roztoku - pevného, ​​kapalného nebo plynného - je typicky stejný jako fyzikální stav rozpouštědla, jak ukazují příklady v tabulce 11.1.
  • Složky roztoku jsou dispergovány v molekulárním měřítku, sestávají ze směsi oddělených částic rozpuštěné látky (molekuly, atomy a / nebo ionty), z nichž každá je těsně obklopena rozpouštědly.
  • Rozpuštěná rozpuštěná látka v roztoku se neusazuje ani se neoddělí od rozpouštědla.
  • Složení roztoku nebo koncentrace jeho složek se mohou průběžně měnit (v mezích určených normou rozpustnost komponent, o nichž se budeme podrobněji bavit dále v této kapitole).

Vznik řešení

Vytvoření řešení je příkladem spontánního procesu, procesu, který probíhá za stanovených podmínek bez potřeby energie z nějakého vnějšího zdroje. Někdy se směs míchá, aby se urychlil proces rozpouštění, ale není to nutné, nakonec se vytvoří homogenní roztok. Téma spontánnosti je pro studium chemické termodynamiky kriticky důležité a důkladněji se mu věnuje další kapitola tohoto textu. Pro účely této kapitoly bude stačit zvážit dvě kritéria laskavost, ale nezaručuji, spontánní vytvoření řešení:

  1. pokles vnitřní energie systému (exotermická změna, jak je popsána v předchozí kapitole o termochemii)
  2. zvýšené rozptýlení hmoty v systému (což naznačuje nárůst v entropie systému, jak se dozvíte v pozdější kapitole o termodynamice)

V procesu rozpouštění dochází často, ale ne vždy, ke změně vnitřní energie, když je teplo absorbováno nebo vyvíjeno. Zvýšení rozptylu hmoty má vždy za následek, když se roztok vytvoří z rovnoměrné distribuce molekul rozpuštěné látky v celém rozpouštědle.

Pokud se síly intermolekulárních sil přitahování mezi solutem a rozpouštědlem v roztoku neliší od sil přítomných v oddělených složkách, vznikne roztok bez doprovodné změny energie. Takové řešení se nazývá ideální řešení. Příkladem ideálního řešení je směs ideálních plynů (nebo plynů, jako je helium a argon, které se blíží ideálnímu chování), protože entity, které tyto plyny obsahují, nemají žádné významné mezimolekulární přitažlivosti.

Když jsou nádoby s heliem a argonem spojeny, plyny se spontánně promíchají v důsledku difúze a vytvoří roztok (obrázek 11.3). Tvorba tohoto roztoku zjevně zahrnuje zvýšení rozptylu hmoty, protože atomy helia a argonu zaujímají dvakrát větší objem než ten, který každý před mícháním zabíral.

Ideální řešení mohou také vzniknout, když jsou smíchány strukturně podobné kapaliny. Například směsi alkoholů methanolu (CH3OH) a ethanol (C.2H5OH) tvoří ideální řešení, stejně jako směsi uhlovodíků pentan, C5H12a hexan, C6H14. Umístěním methanolu a ethanolu nebo pentanu a hexanu do žárovek uvedených na obrázku 11.3 bude mít za následek stejnou difúzi a následné smíchání těchto kapalin, jaké je pozorováno u plynů He a Ar (i když mnohem pomalejší rychlostí), čímž se získají roztoky s žádná významná změna energie. Na rozdíl od směsi plynů však složky těchto roztoků kapalina-kapalina skutečně zažívají mezimolekulární přitažlivé síly. Ale protože molekuly těchto dvou látek, které jsou smíchány, jsou strukturně velmi podobné, jsou mezimolekulární přitažlivé síly mezi podobnými a na rozdíl od molekul v zásadě stejné, a proces rozpouštění tedy neznamená žádné znatelné zvýšení nebo snížení energie. Tyto příklady ilustrují, jak samotné zvýšené rozptýlení hmoty může poskytnout hnací sílu potřebnou k vyvolání spontánní tvorby roztoku. V některých případech však relativní velikosti intermolekulárních přitažlivých sil mezi solutem a rozpouštědlem mohou zabránit rozpouštění.

Pro proces rozpouštění jsou relevantní tři typy intermolekulárních atraktivních sil: solute-solute, rozpouštědlo-rozpouštědlo a solute-rozpouštědlo. Jak je znázorněno na obrázku 11.4, na tvorbu roztoku lze pohlížet jako na postupný proces, při kterém se spotřebovává energie k překonání přitažlivosti rozpuštěné látky a rozpouštědla a rozpouštědla (endotermické procesy) a uvolňuje se, když se vytvoří přitažlivost rozpuštěné látky a rozpouštědla (exotermický proces dále jen solvatace). Relativní velikosti změn energie spojené s těmito postupnými procesy určují, zda proces rozpouštění celkově uvolní nebo absorbuje energii. V některých případech se řešení netvoří, protože energie potřebná k oddělení druhů rozpuštěných látek a rozpouštědel je mnohem větší než energie uvolněná solvatací.

Uvažujme příklad iontové sloučeniny, která se rozpouští ve vodě. Tvorba roztoku vyžaduje úplné překonání elektrostatických sil mezi kationty a aniony sloučeniny (solute – solute), protože mezi těmito ionty a molekulami vody (solute – rozpouštědlo) vznikají přitažlivé síly. Rovněž je třeba překonat vodíkové vazby mezi relativně malou částí molekul vody, aby se do nich mohla dostat jakákoli rozpuštěná látka. Pokud jsou elektrostatické síly rozpustné látky výrazně větší než solvatační síly, je proces rozpouštění výrazně endotermický a sloučenina se nemusí rozpustit ve znatelné míře. Uhličitan vápenatý, hlavní složka korálových útesů, je jedním příkladem takové „nerozpustné“ iontové sloučeniny (viz obrázek 11.1). Na druhou stranu, pokud jsou solvatační síly mnohem silnější než elektrostatické síly sloučeniny, je rozpouštění výrazně exotermické a sloučenina může být vysoce rozpustná. Běžným příkladem tohoto typu iontové sloučeniny je chlorid sodný, běžně známý jako kuchyňská sůl.

Jak je uvedeno na začátku tohoto modulu, je spontánní tvorba roztoku upřednostňována, ale není zaručena, procesy exotermického rozpouštění. Zatímco mnoho rozpustných sloučenin se skutečně rozpouští s uvolňováním tepla, některé se rozpouštějí endotermicky. Dusičnan amonný (NH4NE3) je jedním z takových příkladů a slouží k výrobě okamžitých studených zábalů pro ošetření poranění, jako je ten na obrázku 11.5. Tenkostěnný plastový sáček s vodou je uzavřen uvnitř většího sáčku s pevným NH4NE3. Když je menší vak rozbit, roztok NH4NE3 formuje se, absorbuje teplo z okolí (poraněné místo, na které je aplikován obal) a poskytuje studený obklad, který snižuje otoky. Endotermická rozpouštění, jako je tato, vyžadují větší energetický vstup k oddělení druhů rozpuštěných látek, než se získají, když jsou rozpuštěné látky rozpuštěny, ale přesto jsou spontánní kvůli nárůstu poruchy, která doprovází tvorbu roztoku.

Odkaz na učení

Podívejte se na toto krátké video ilustrující procesy endotermického a exotermického rozpouštění.


Dipole & ndashDipole Interaction

Polární kovalentní vazby se chovají, jako by vázané atomy měly lokalizované frakční náboje, které jsou stejné, ale opačné (tj. Dva vázané atomy generují dipól). Pokud je struktura molekuly taková, že se jednotlivé vazebné dipóly navzájem nezruší, pak má molekula čistý dipólový moment. Molekuly s čistými dipólovými momenty mají tendenci se srovnávat, takže kladný konec jednoho dipólu je blízko záporného konce druhého a naopak, jak je znázorněno na obrázku ( PageIndex <1a> ).

Obrázek ( PageIndex <1> ): Atraktivní a odpudivé interakce dipólu a ndashDipole. (a a b) Molekulární orientace, ve kterých se pozitivní konec jednoho dipólu (& delta +) blíží zápornému konci druhého (& delta & minus) (a naopak), vytvářejí atraktivní interakce. (c a d) Molekulární orientace, které srovnávají kladné nebo záporné konce dipólů na sousedních molekulách, vytvářejí odpudivé interakce.

Tato uspořádání jsou stabilnější než uspořádání, ve kterých sousedí dva kladné nebo dva záporné konce (obrázek ( PageIndex <1c> )). Proto jsou interakce dipólu a ndashdipolu, jako jsou interakce na obrázku ( PageIndex <1;), atraktivní mezimolekulární interakce, zatímco ty na obrázku ( PageIndex <1d> ) jsou odpudivé mezimolekulární interakce. Protože se molekuly v kapalině pohybují volně a kontinuálně, molekuly vždy zažívají současně atraktivní i odpudivé interakce dipólu a ndashdipolu, jak je znázorněno na obrázku ( PageIndex <2> ). V průměru však dominují atraktivní interakce.

Obrázek ( PageIndex <2> ): V kapalném vzorku s mnoha molekulami dochází k atraktivní i odpudivé interakci dipólu a ndashdipolu.

Protože každý konec dipólu má pouze zlomek náboje elektronu, jsou interakce dipólu a ndashdipolu podstatně slabší než interakce mezi dvěma ionty, z nichž každý má náboj alespoň & plusmn1, nebo mezi dipólem a iontem, ve kterém jeden z druhů má alespoň plný kladný nebo záporný náboj. Kromě toho atraktivní interakce mezi dipóly klesá s rostoucí vzdáleností mnohem rychleji než interakce iontů a módy. Připomeňme, že atraktivní energie mezi dvěma ionty je úměrná 1 /r, kde r je vzdálenost mezi ionty. Zdvojnásobení vzdálenosti (r & rarr 2r) snižuje atraktivní energii o polovinu. Naproti tomu energie interakce dvou dipólů je úměrná 1 /r 3, takže zdvojnásobení vzdálenosti mezi dipóly snižuje sílu interakce o 2, 3 nebo 8krát. Tedy látka jako ( ce), který je částečně udržován pohromadě interakcemi dipólu a ndashdipolu, je plyn při pokojové teplotě a tlaku 1 atm. Naopak ( ce), který je držen pohromadě interiontovými interakcemi, je pevná látka s vysokou teplotou tání. V rámci řady sloučenin podobné molární hmotnosti se zvyšuje síla intermolekulárních interakcí, jak se zvyšuje dipólový moment molekul, jak je uvedeno v tabulce ( PageIndex <1> ).

Tabulka ( PageIndex <1> ): Vztahy mezi dipólovým momentem a bodem varu pro organické sloučeniny podobné molární hmotnosti
Sloučenina Molární hmotnost (g / mol) Dipólový moment (D) Bod varu (K)
C3H6 (cyklopropan) 42 0 240
CH3OCH3 (dimethylether) 46 1.30 248
CH3CN (acetonitril) 41 3.9 355

Přitažlivá energie mezi dvěma ionty je úměrná 1 / r, zatímco přitažlivá energie mezi dvěma ionty je úměrná 1 / r6.

Uspořádejte ethylmethylether (CH3OCH2CH3), 2-methylpropan [isobutan, (CH3)2CHCH3] a aceton (CH3COCH3) v pořadí zvyšování bodů varu. Jejich struktury jsou následující:

Dané: sloučeniny.

Požádáno o: pořadí zvyšování bodů varu.

Porovnejte molární hmotnosti a polarity sloučenin. Sloučeniny s vyššími molárními hmotnostmi, které jsou polární, budou mít nejvyšší teploty varu.

Tyto tři sloučeniny mají v podstatě stejnou molární hmotnost (58 a 60 g / mol), takže se musíme podívat na rozdíly v polaritě, abychom mohli předpovědět sílu intermolekulárních interakcí dipólu a ndashdipolu, a tedy teploty varu sloučenin.

První sloučenina, 2-methylpropan, obsahuje pouze vazby C & ndashH, které nejsou příliš polární, protože C a H mají podobné elektronegativity. Mělo by proto mít velmi malý (ale nenulový) dipólový moment a velmi nízkou teplotu varu.

Ethylmethylether má strukturu podobnou H2O obsahuje dvě polární jednoduché vazby C & ndashO orientované navzájem v úhlu asi 109 °, navíc k relativně nepolárním vazbám C & ndashH. Výsledkem je, že dipóly vazeb C&ndashO se částečně navzájem posilují a vytvářejí významný dipólový moment, který by měl dávat mírně vysokou teplotu varu.

Aceton obsahuje polární dvojnou vazbu C = O orientovanou přibližně na 120 ° až dvě methylové skupiny s nepolárními vazbami C & ndashH. Dipól vazby C&ndashO proto odpovídá molekulárnímu dipólu, což by mělo mít za následek jak poměrně velký dipólový moment, tak vysokou teplotu varu.

Předpovídáme tedy následující pořadí bodů varu:

2-methylpropan & lt ethylmethylether & lt aceton

Tento výsledek je v dobré shodě se skutečnými údaji: 2-methylpropan, bod varu = & minus 11,7 & degC, a dipólový moment (& mu) = 0,13 D methylethylether, bod varu = 7,4 & degC a & mu = 1,17 D aceton, bod varu = 56,1 & degC a & mu = 2,88 D.

Uspořádejte tetrafluorid uhličitý (CF4), ethylmethylsulfid (CH3SC2H5), dimethylsulfoxid [(CH3)2S = O] a 2-methylbutan [isopentan, (CH3)2CHCH2CH3] v pořadí podle klesajících bodů varu.

dimethylsulfoxid (bod varu = 189,9 ° C) & gt ethylmethylsulfid (bod varu = 67 ° C) & gt 2-methylbutan (bod varu = 27,8 ° C) & gt tetrafluorid uhličitý (bod varu = & minus 128 ° C)


Lom je ohýbání světla při přechodu z jednoho průhledného média do druhého.

Pomocí této vlastnosti lomu vody můžete dělat opravdu dobré kouzla.


Reverzní šipka


Ohýbání slámy


Zdvojnásobte peníze


11.2: Vlastnosti vody - geovědy

Všechny články publikované MDPI jsou okamžitě celosvětově dostupné pod licencí otevřeného přístupu. K opětovnému použití celého článku nebo jeho části publikovaného MDPI, včetně obrázků a tabulek, není nutné žádné zvláštní povolení. U článků publikovaných v rámci licence Creative Common CC BY s otevřeným přístupem může být libovolná část článku znovu použita bez povolení za předpokladu, že je jasně citován původní článek.

Feature Papers představují nejpokročilejší výzkum s významným potenciálem pro velký dopad v této oblasti. Hlavní články jsou předkládány na základě individuálního pozvání nebo doporučení vědeckými redaktory a před zveřejněním procházejí recenzním řízením.

Hlavním příspěvkem může být buď originální výzkumný článek, podstatná nová výzkumná studie, která často zahrnuje několik technik nebo přístupů, nebo komplexní přehledový článek se stručnými a přesnými aktualizacemi o nejnovějším pokroku v této oblasti, který systematicky hodnotí nejzajímavější pokroky ve vědecké práci. literatura. Tento typ papíru poskytuje pohled na budoucí směry výzkumu nebo možné aplikace.

Články Editor's Choice vycházejí z doporučení vědeckých redaktorů časopisů MDPI z celého světa. Redaktoři vybírají malý počet nedávno publikovaných článků v časopise, o nichž se domnívají, že budou zvláště zajímavé pro autory nebo důležité v této oblasti. Cílem je poskytnout přehled nejzajímavějších prací publikovaných v různých oblastech výzkumu časopisu.


11.2: Vlastnosti vody - geovědy

Všechny články publikované MDPI jsou okamžitě celosvětově dostupné pod licencí otevřeného přístupu. K opětovnému použití celého článku nebo jeho části publikovaného MDPI, včetně obrázků a tabulek, není nutné žádné zvláštní povolení. U článků publikovaných v rámci licence Creative Common CC BY s otevřeným přístupem může být libovolná část článku znovu použita bez povolení za předpokladu, že je jasně citován původní článek.

Feature Papers představují nejpokročilejší výzkum s významným potenciálem pro velký dopad v této oblasti. Hlavní články jsou předkládány na základě individuálního pozvání nebo doporučení vědeckými redaktory a před zveřejněním procházejí recenzním řízením.

Hlavním příspěvkem může být buď originální výzkumný článek, podstatná nová výzkumná studie, která často zahrnuje několik technik nebo přístupů, nebo komplexní přehledový článek se stručnými a přesnými aktualizacemi o nejnovějším pokroku v této oblasti, který systematicky hodnotí nejzajímavější pokroky ve vědecké práci. literatura. Tento typ papíru poskytuje pohled na budoucí směry výzkumu nebo možné aplikace.

Články Editor's Choice vycházejí z doporučení vědeckých redaktorů časopisů MDPI z celého světa. Redaktoři vybírají malý počet nedávno publikovaných článků v časopise, o nichž se domnívají, že budou zvláště zajímavé pro autory nebo důležité v této oblasti. Cílem je poskytnout přehled nejzajímavějších prací publikovaných v různých oblastech výzkumu časopisu.


Služby pitné vody

Cíl cíle udržitelného rozvoje 6.1 vyžaduje univerzální a spravedlivý přístup k bezpečné a cenově dostupné pitné vodě. Cíl je sledován indikátorem & ldquosafely spravovaných služeb pitné vody & rdquo & ndash pitné vody ze zdokonaleného zdroje vody, který je umístěn v prostorách, je k dispozici v případě potřeby a je bez fekální a prioritní chemické kontaminace.

V roce 2017 využívalo bezpečně spravované služby pitné vody 5,3 miliardy lidí, což znamená, že využívali zdokonalené zdroje vody umístěné v prostorách, které byly v případě potřeby dostupné a bez kontaminace. Zbývajících 2,2 miliardy lidí bez bezpečně spravovaných služeb v roce 2017 zahrnovalo:

  • 1,4 miliardy lidí s základní služby, což znamená vylepšený zdroj vody, který se nachází v okruhu 30 minut
  • 206 milionů lidí s omezený služby nebo vylepšený zdroj vody vyžadující více než 30 minut na sběr vody
  • 435 milionů lidí bere vodu z nechráněných studní a pramenů
  • 144 milionů lidí sbírá neošetřenou povrchovou vodu z jezer, rybníků, řek a potoků.

Přetrvávají ostré geografické, sociokulturní a ekonomické nerovnosti, a to nejen mezi venkovskými a městskými oblastmi, ale také ve městech, kde lidé žijící v nízkopříjmových, neformálních nebo nelegálních osadách mají obvykle menší přístup ke zlepšeným zdrojům pitné vody než ostatní obyvatelé.


Přidejte do svého modelu Sketchup standardní a přizpůsobené parametrické komponenty - jako jsou přírubové nosníky, řeziva, potrubí, schody a další - pomocí nástroje Engineering ToolBox - rozšíření SketchUp - povoleného pro použití s ​​úžasnými, zábavnými a bezplatnými nástroji SketchUp Make a SketchUp Pro. Přidejte Engineering Rozšíření ToolBox do vašeho SketchUp ze skladu rozšíření SketchUp Pro Sketchup!


Požádejte o povolení k opětovnému použití obsahu z tohoto webu

Zkratky a zkratky použité v textu XXV

O doprovodném webu XXXIII

Oddíl I: Chemie 1

1.2 Vyjádření koncentrace 4

1.3 Ionty a molekuly ve vodě 5

1.5 Oxidační a redukční reakce 10

1.7 Vodivost a iontová síla 13

1.8.1 Další formulace 16

1.8.2 Vliv teploty na rychlost reakce 19

1.10 Rozpustnost plynů: Henryho a rsquosův zákon 20

1.11 Produkt rozpustnosti 23

1.13.1 Jednotky radioaktivity 27

Otázky a problémy 30

2 Termodynamický základ pro rovnováhu 35

2.1 Termodynamické vztahy 35

Vyjádření koncentrace v rovnovážných výrazech 39

2.1.2 Vliv entalpie a teploty na rovnovážnou konstantu 42

2.2.1 Potenciál buňky nebo páru 46

2.2.2 Potenciál oxidace a redukce ndash a potenciál systému 48

2.3.1 Mikrobiální koroze 51

2.3.2 Prevence koroze z vnějších faktorů prostředí 52

Galvanická katodická ochrana 52

Elektrolytická (nebo tlaková proudová) katodická ochrana 53

Otázky a problémy 53

3 Acid & ndashBase Chemistry 57

3.2.1 Konjugované kyseliny a zásady 61

3.3 Ekvivalenty a normalita 61

3.4 Řešení multikvilibrijských systémů 62

3.5.1 Ředění pufrovaného roztoku 65

3.5.2 Nejúčinnější pH pro pufr 65

3.6 Titrace kyselin a ndashBase 66

3.6.1 Titrace silných kyselin a zásad 66

3.6.2 Titrace slabých kyselin a zásad 68

3.6.3 Určení koncového bodu při kyselé a ndashBase titraci 71

3.7 Přirozené pufrování vod z oxidu uhličitého a souvisejících sloučenin 73

3.7.1 Kyselost a zásaditost 74

Otázky a problémy 76

4 Organická a biochemie 81

4.2 Vlastnosti organických sloučenin 81

4.4 Druhy organických sloučenin 83

4.4.1 Alifatické sloučeniny 83

Alkoholy, estery a ethery 83

4.4.2 Sloučeniny obsahující dusík 83

4.5.1 Sloučeniny síry 85

4.6 Přirozeně se vyskytující organické sloučeniny 85

4.9 Cyklus kyseliny trikarboxylové 88

Otázky a problémy 91

5 Analýzy a složky ve vodě 95

5.1.1 Složité a srážené formační titrace 95

5.1.2 Redoxní titrace a potenciometrické analýzy 96

5.1.3 Indikátory pro potenciometrickou analýzu 98

5.2 Kolorimetrické analýzy 99

5.2.1 The Beer & ndash Lambert Laws for Light Transmittance 99

5.3.2 Zákal a barva 101

5.4 Stanovení organických látek 102

5.4.1 Chemická spotřeba kyslíku 103

Obecná reakce na COD 104

Interference s testem COD 105

5.4.2 Biochemická spotřeba kyslíku 105

Vliv teploty na námahu BSK 108

Uhlíkaté a dusíkaté BSK 109

Laboratorní metody pro stanovení BSK 110

Omezení zkoušky BSK pro návrh procesu biologického čištění odpadních vod 110

Analýza postupu BOD 111

5.4.3 Celkový organický uhlík 113

Otázky a problémy 113

Oddíl II: Mikroorganismy ve vodě a jakosti vody 119

6.1 Skupiny mikroorganismů a fylogenetický strom 121

6.2 Bakterie a archea 121

6.2.1 Klasifikace bakterií 124

Metabolické požadavky 125

Koncentrace solí a cukru 127

6.4 Jiné mikroorganismy 130

6.4.1 Viry a fágy 130

6.5 Stanovení růstu mikroorganismů 132

6.5.1 Růst čistých kultur 132

6.5.2 Růst smíšených kultur 135

6.5.3 Životaschopnost a hmotnost v rostoucích kulturách 136

6.5.4 Stanovení počtu mikroorganismů 136

Praktické úvahy při určování průměrných hodnot 140

6.5.5 Nástroje pro mikrobiální genomiku a molekulární mikrobiologii 141

Analýza složení fylogenetické mikrobiální komunity 141

Otázky a problémy 143

7 Voda, odpady a nemoci 147

7.1.1 Bakteriální patogeny 147

7.1.3 Protozoální patogeny 150

7.1.5 Hmyz a zvířecí vektory nemoci 153

7.2 Indikátorové, testovací a modelové mikroorganismy 153

7.3 Indikátory fekální kontaminace 155

7.4 Indikátorové mikroorganismy 156

7.4.1 Koliformní bakterie: celkem, termotolerantní a E. coli 156

7.6 Přežití mikroorganismů ve vodním prostředí 159

7.7 Minimální infekční dávka 162

Otázky a problémy 163

8 Složky vody a normy kvality 167

8.1 Toxicita prvků a sloučenin 167

8.2 Kontaminanty ve vodě 170

8.2.1 Nové kontaminující látky 171

8.2.2 Běžné kontaminanty 173

8.2.4 Radioaktivní složky 175

8.4 Podklady pro standardy 178

8.4.1 Posouzení rizik mikrobiální infekce 179

8.4.2 Stanovení karcinogenity 180

8.4.3 Stanovení toxicity 182

8.4.4 Normy kvality vody v životním prostředí 184

8.5 Standardy pro pitnou vodu 184

8.5.1 Mezinárodní normy pro pitnou vodu 185

8.5.2 Zákon o bezpečné pitné vodě z USA 185

8.5.3 Pokyny pro kvalitu vody v Kanadě 186

8.6 Porovnání standardů pitné vody 187

8.6.1 Mikrobiologické parametry 187

Pokyny WHO pro mikrobiologickou kvalitu 187

Americké normy pro mikrobiologickou kvalitu 187

Kanadské pokyny pro mikrobiologickou kvalitu 188

8.6.2 Chemické a fyzikální vlastnosti 188

8.6.3 Estetická kvalita 188

8.6.4 Radiologické složky 188

8.6.5 Další vodní standardy 192

8.8 Kanadské federální pokyny pro kvalitu odpadních vod 195

8.9 Vlastnosti odpadních vod 195

8.10 Produkce odpadních vod 197

Otázky a problémy 198

Oddíl III: Voda a čištění odpadních vod 205

9 Voda a čištění odpadních vod 207

9.1 Úpravy vody 207

Mikrobiální kontaminanty 212

9.1.1 Domácí úpravny vody 216

9.2 Provoz jednotky čištění odpadních vod 216

9.3 Hydraulický návrh vod a čistíren odpadních vod 225

Průtok v tlakových potrubích 225

Tok v otevřených kanálech 226

Otázky a problémy 230

10 Hmotnostní váhy a režimy hydraulického průtoku 235

10.1 Nastavení hmotnostních vah 235

10.1.1 Míchací charakteristiky umyvadel 236

10.1.2 Hmotnostní váhy pro reaktory PF 237

10.1.3 Hmotnostní bilance a reakce pro pánve CM 242

10.2 Analýza toku CM a PF reaktorů 245

10.2.1 Tracerová analýza kompletních smíšených reaktorů 245

10.2.2 Tracerova analýza toku zátky 247

10.2.3 Kompletní smíšené reaktory řady 247

10.2.4 Další nepravidelnosti toku: mrtvý objem a zkrat 248

10.2.5 Typické charakteristiky toku povodí 249

10.2.6 Měření disperze 250

10.3 Doba zadržení na plavidlech 250

10.3.1 Průměrná doba zadržení 251

10.3.2 Účinky recyklace toku na dobu zadržení 251

10.3.3 Účinky recyklace na míchání 253

10.4 Vyrovnání toku a kvality 253

10.5 Zůstatky materiálu systému 256

Otázky a problémy 266

Oddíl IV: Fyzikální a chemické procesy 273

11 Screening a sedimentace 275

11.1 Obrazovky a stojany na lišty 275

11.1.1 Sítě pro úpravny vody 276

11.1.2 Sítě v čistírnách odpadních vod 277

11.2.1 Rychlost usazování částic 279

11.3.1 Horizontální průtokové komory 282

Kanál s různým průřezem 283

Poznámky k návrhu komory s parabolickým pískem 284

11.3.2 Provzdušněné komory s pískem 290

11.3.3 Degritter čtvercových nádrží 292

11.3.4 Zařízení na odstraňování vortexové drti 293

11.4 Sedimentace typu I 294

11.5 Sedimentace typu II 297

11.5.1 Laboratorní stanovení distribuce rychlosti usazování 298

11.5.2 Analýza sedimentačních dat typu II 298

11.5.3 Alternativní metoda výpočtu celkového odebrání 302

11.5.4 Dimenzování nádrže 303

11.6 Čističe trubek a lamel 303

11.7 Weir & ndashLaunder Design 309

11.8 Návrh čističe pro úpravu vody a primárních odpadních vod 313

11.8.1 Rozsahy návrhů typických čističů vody a čištění odpadních vod 313

11.8.2 Chemicky vylepšené primární ošetření 315

11.8.3 Hloubka v sedimentačních pánvích 318

11.9 Vstupní hydraulika pro sedimentační nádrže 319

11.9.1 Rozdělení toku 319

Otázky a problémy 323

12 Hromadný přenos a provzdušňování 331

12.2.1 Výpočet koeficientu přenosu hmoty 335

12.2.2 Účinky pH na přenos hmoty 336

12.3 Provzdušňování ve vodě a čištění odpadních vod 336

12.3.1 Nebezpečí spojená s kyslíkem, oxidem uhelnatým a sirovodíkem 338

12.4 Návrh provzdušňovacích systémů 339

12.4.1 Gravitační provzdušňovače 339

12.4.3 Difúzní perlátory 344

Otázky a problémy 346

13 Koagulace a flokulace 351

Výtěžek kamence a železných koagulantů 355

13.2 Směšování a ztráta energie 356

13.3.1 Mechanické míchačky 359

13.3.2 Pneumatické míchačky 362

13.3.3 Hydraulické míchačky 363

Venturiho sekce a hydraulické skoky 363

13.4.1 Pádlové flokuulátory 369

13.4.2 Turbínové flokuulátory se svislou hřídelí 375

13.4.4 Přepážené kanály 376

13.4.5 Upflow Solids Contact Clarifier 377

13.4.6 Alabama Flocculator 377

13.4.7 Spirálové průtokové nádrže 378

13.4.8 Flokuulátory s oblázkovým ložem 379

13.4.9 Zátěžová flokulace 380

Otázky a problémy 382

14.1 Pomalé pískové filtry a rychlé filtry 388

14.2 Filtrační materiály 389

14.2.1 Velikost a distribuce zrna 389

14.3 Headloss ve filtrech 394

14.3.1 Distribuce velikosti zrna a ztráta hlavy 397

14.4 Filtry zpětného proplachu 398

14.4.1 Celkové požadavky na hlavu pro zpětné proplachování 400

Ztráty v expandovaném médiu 400

14.4.2 Rychlost zpětného proplachu 401

Headloss a expanze ve vrstevnatém lůžku 405

14.5 Podpora médií a nedostatků v rychlých filtrech 409

Další konstrukční vlastnosti filtrů 411

Systémy pomocného mytí a čištění vzduchu 411

14.6 Filtrační vložky pro úpravu vody a odpadních vod 412

14.7 Vázání filtrů na vzduch 415

14.8 Alternativy rychlé filtrace 417

14.8.1 Filtry pro jedno médium a multimédia 417

14.8.2 Filtrace s konstantní a klesající rychlostí 417

14.8.3 Přímá filtrace 418

14.10 Pomalé pískové filtry 419

14.10.1 Pomalé pískové filtry pro terciární čištění odpadních vod 421

14.11 Biologická filtrace pro úpravu vody 421

Otázky a problémy 424

15 Fyzikální a chemické ošetření rozpuštěných složek 431

15.2 Vápno a ndash Změkčení sody 433

15.2.1 Metody zpracování pro odstranění tvrdosti vápna a ndashSoda 434

Obnova vápna a redukce kalů 441

15.3 Prevence koroze ve vodovodních systémech 441

15.3.1 Mylná představa Langelierova indexu 443

15.4 Odstranění železa a manganu 447

15.4.3 Sekvestrační železo a mangan 449

15.4.4 Biologické odstraňování železa a manganu 449

15.5 Odstranění fosforu z odpadních vod chemickým srážením 450

15.5.1 Odstranění fosforu chemicky reaktivními druhy 452

15.6 Odstranění arsenu a kovů 453

15.7 Pokročilé oxidační procesy 455

15.8.1 Aktivovaný oxid hlinitý 457

15.8.2 Odstranění amoniaku a dusičnanů iontovou výměnou 458

15.9 Fluoridace a defluoridace 458

15.10 Membránové procesy 460

15.10.1 Posouzení vhodnosti vody pro úpravu membrán 466

15.10.2 Likvidace koncentrátu 468

15.10.3 Membrány pro úpravu vody 468

Mikrofiltrace a ultrafiltrační systémy 468

Nanofiltrace a zpracování reverzní osmózy 469

15.11 Adsorpce aktivního uhlí 472

15.11.1 Příprava a vlastnosti aktivního uhlí a ndash 473

15.11.2 Adsorpční izotermy 474

15.11.3 Granulované adsorbéry s aktivním uhlím 477

15.12 Návrh adsorbérů s pevným ložem 478

15.12.1 Formulace sazby pro adsorpci 479

15.12.2 Teorie adsorpčních systémů s pevným ložem 480

Kapacita využívaná v adsorpční zóně 481

Konkurenční adsorpce 490

15.12.3 Metoda doby do hloubky postele 490

15.12.4 Rapid Small-Scale Column Tests 494

15.12.5 Granular Activated Carbon Reactors in Series 498

15.12.6 Design of a Suspended Media PAC or GAC Continuous Flow Reactor 498

Questions and Problems 499

16.1 Kinetics of Disinfection 510

16.2.1 Chemistry of Chlorine 512

16.2.2 Measurement of Free and Residual Chlorine 516

16.2.4 Drinking Water Disinfection by Chlorine 518

16.2.5 Wastewater Disinfection by Chlorine 519

16.2.6 Design of Contacting Systems for Chlorine 521

16.2.7 Disinfection as the Sole Treatment of Surface Water 521

16.2.8 Other Applications of Chlorine 522

16.4.1 Chlorine Dioxide Doses as a Primary Disinfectant 525

16.4.2 Chlorine Dioxide for Pre-disinfection or for Residual Disinfection 525

16.4.3 Generation of Chlorine Dioxide 526

16.5 Peracids: Peracetic Acid (PAA) and Performic Acid (PFA) 527

Kinetics of Disinfection Using PAA 528

Measuring PAA Residuals 529

Applications for Wastewater Disinfection 530

Chemical Disinfection Process Control 530

16.6.1 Determining the Appropriate Ozone Dose 532

16.6.2 Ozone Generation 533

16.6.3 Ozone Dissolution Systems 534

16.6.4 Ozone Contactor Basins 535

16.6.5 Ozone Chemistry: Mass Transfer Coefficients and Radicals Production 536

16.6.6 Ozone for Wastewater Disinfection 537

16.6.7 Ozone for Destruction of Micropollutants 538

16.7 Ultraviolet Radiation 538

16.7.1 Mechanism of UV Disinfection 538

16.7.2 Repair of UV Damage 539

16.7.4 Generation of Ultraviolet Light and Ultraviolet Reactors 541

16.7.5 Disinfection Kinetics 541

16.7.6 Disinfection Doses (or Fluences) 542

16.7.7 Determination of UV Fluence 542

16.7.8 Ultraviolet Reactors 545

16.8 Point-of-use Disinfectants: Solar Disinfection (SODIS), with or without Photoreactants such as TiO2 547

16.9 Disinfection Byproducts 548

16.9.3 Chlorine Dioxide 550

16.9.7 Comparative Risks 551

16.10 Disinfection to Combat Invasive Species 551

Questions and Problems 553

Section V: Biological Wastewater Treatment 565

17 Aerobic Biological Treatment: Biotreatment Processes 567

17.1 Microorganisms in Aerobic Biological Treatment 567

17.2 The Activated Sludge Process 568

17.3 Substrate Removal and Growth of Microorganisms 569

17.3.1 Substrate Removal 569

Temperature Dependence of Rate Coefficients 571

BOD, COD, and TOC Removal 571

17.3.2 Growth of Microorganisms and Biological Sludge Production 572

Sludge Composition and Nutrient Requirements 573

17.4 Activated Sludge Configurations 574

17.4.1 Definition of Symbols for the Activated Sludge Process Models 575

17.4.3 System Effluent and Waste Sludge Line 577

17.5.1 Physical Concentration of Solids in the Bioreactor 578

17.5.2 Solids Retention Time 580

17.5.3 Sludge Volume Index 580

17.5.4 CM Reactor Without Recycle 582

17.5.5 CM Reactor with Recycle 585

17.5.6 Application of the Basic Model in the Historical Context 586

Frailties of the Historical Models 590

17.5.7 Matrix Representation of the Basic (Soluble Substrate) Model 591

17.5.8 The Rate of Recycle 593

17.5.9 Food-to-Microorganism Ratio and SRT 594

17.6 Advanced Model for Carbon Removal 596

17.6.1 Total Effluent COD from the Process 599

17.6.2 Removal of Influent Particulate Organic Matter 599

17.6.3 Estimation of Parameters and Calibration of the Advanced Model 600

17.6.4 Calibration of Models to Existing Data 602

17.7 Sludge Production in Activated Sludge Systems 604

17.8 Plug Flow Activated Sludge Treatment 607

17.9 Variations of the Activated Sludge Process 609

17.9.1 Sequencing Batch Reactors 609

17.9.2 Extended Aeration 612

17.10 Other Activated Sludge Process Variations 613

17.10.1 Pure Oxygen Activated Sludge Process 615

17.10.2 Powdered Activated Carbon Activated Sludge Process 615

Design Parameters and Operating Conditions for Activated Sludge Processes 615

17.11 Design of Activated Sludge Processes for Nitrogen and Phosphorus Removal 616

17.11.1 Nitrogen Transformations 616

Nitrogen Removal&ndashDenitrification 621

17.11.2 Advanced Denitrification Processes 626

17.11.3 Enhanced Phosphorus Uptake 628

Fermentation of Primary or Activated Sludge 630

Phostrip and Bardenpho Bio-P Processes 632

17.12 Operating Characteristics of Activated Sludge Processes 632

17.12.1 SRT and Characteristics of Waste Activated Sludge 632

17.13 Granular Activated Sludge and Membrane Processes 634

17.13.1 Granular Activated Sludge Processes 634

17.13.2 Membrane Activated Sludge Processes 635

Design of Submerged Membrane Reactors 637

17.14 Fixed-Film Activated Sludge Processes 639

17.14.1 Integrated Fixed-Film Activated Sludge and Moving Bed Bioreactor Processes 639

17.14.2 Biologically Activated Filters 645

Design of Biological Active Filters 647

17.14.3 Rotating Biological Contact Units 648

17.15 Fixed-Film Trickling Filter Processes 650

17.15.1 Trickling Filters 650

Sludge Production from Trickling Filters 656

Air Supply in Trickling Filters 656

Operation of Trickling Filters 660

17.15.2 Hydraulic Design of Distributors for Trickling Filters 660

17.16 Oxygen Uptake in Activated Sludge Processes 663

17.17 Metals Removal in Activated Sludge Processes 664

17.18 Aerobic Sludge Digestion 664

17.18.1 Model for Aerobic Sludge Digestion 665

Oxygen Uptake in Aerobic Digestion 668

Rate Constants and Sludge Degradability 668

17.18.2 Thermophilic Aerobic Digestion 669

Pre-treatment for Aerobic Sludge Digestion 672

17.18.3 Indicator Microorganism Reduction in Aerobic Digestion 672

Questions and Problems 673

18 Aerobic Biological Treatment: Other Process Operations 689

18.1 Aeration in Biological Wastewater Treatment 689

18.1.1 Aeration Devices in Wastewater Treatment 692

Surface and Other Aerators 692

18.2 Post-aeration Systems for Wastewater Treatment 697

18.2.1 Diffused Aeration Systems 697

18.3 Type III Sedimentation: Zone Settling 700

18.3.1 Design of a Basin for Type III Sedimentation 703

18.3.2 Secondary Clarifier Design 708

18.3.3 Modeling for Secondary Clarifier and Operation 709

18.3.4 Membrane Separation of Solids 711

18.4 Sludge Settling Problems and Foaming 712

18.4.2 Selectors and Process Operating Conditions 713

Questions and Problems 715

19 Anaerobic Wastewater Treatment 721

19.1 Anaerobic Metabolism 722

19.1.2 Acid Formation: Acidogenesis and Acetogenesis 723

19.1.4 Other Metabolic Pathways 725

19.1.5 Environmental Variables 725

Oxidation&ndashReduction Potential 725

Ammonia and Sulfide Control 726

Nutrient Requirements 727

19.2 Process Fundamentals 727

19.2.1 Solids Yield and Retention Time 727

19.2.2 Biogas Potential 729

Biochemical Methane Potential and Anaerobic Toxicity Assay 729

Methane Production in Anaerobic Treatment 730

19.3.1 Definition of Symbols for the Anaerobic Models 733

19.3.2 General Model for an Anaerobic Process 734

Anaerobic Reactor Receiving Only Particulate Substrate 734

Anaerobic Reactor Receiving Only Soluble Substrate 737

The Traditional Digester Sizing Equation for Anaerobic Sludge Digesters 737

19.3.3 Advanced Model for an Anaerobic Process 740

Substrate Removal and Biomass Accumulation 741

Temperature Effects on Rate Coefficients 747

19.4 Misconceptions and Barriers about Anaerobic Treatment 747

19.5 Anaerobic Treatment Processes 750

19.5.1 Conventional Anaerobic Treatment 750

19.5.3 Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor 754

19.5.4 Fixed-Film Reactors 756

Upflow Fixed-Film Reactors 757

Downflow Fixed-Film Reactors 758

Fluidized Bed Reactors 759

19.5.5 Two-Phase Anaerobic Digestion 759

19.5.6 Thermophilic Digestion 760

19.5.7 Membrane Anaerobic Treatment 760

19.5.8 Pre-treatment of Sludge for Anaerobic Digestion of Biosolids 760

19.6 Anaerobic Digestion of Municipal Solid Waste 762

19.7 Process Stability and Monitoring 763

19.7.1 Chemical Precipitation Problems in Anaerobic Digesters 764

19.7.2 Recovery of Nutrients through Struvite Harvesting 764

19.7.3 Sludge Production 766

19.7.4 Anaerobic Treatment of Low-Strength Wastes 766

19.8 Comparison of Anaerobic and Aerobic Treatment Processes 767

19.8.1 Pollutant Removal Efficiency 768

19.8.2 Number and Size of Operations 768

19.8.3 Energy and Chemical Inputs 769

19.9 Energy Assessment of Anaerobic and Aerobic Treatment 774

Anaerobic Versus Aerobic Treatment 776

Calculation of the Energy Potential of a Waste 777

19.10 Pathogen Reduction in Anaerobic Processes 777

Questions and Problems 778

20 Treatment in Ponds and Land Systems 789

20.1 Overview of Stabilization Ponds 789

20.1.2 Pond Effluent Quality 791

20.3 Design of Pond Systems 795

20.3.1 Design of Ponds in the Far North 796

20.3.2 Models for Facultative Ponds 798

20.3.3 Nitrogen and Phosphorus Removal 798

20.3.4 Heat Balance for Ponds 799

20.4 Removal of Suspended Solids from Pond Effluents 800

20.5 Indicator Microorganism Die-off in Ponds 801

20.7 Treatment of Wastewater in Land Systems 804

20.7.1 Land Treatment of Wastewater 804

Measurement of Hydraulic Conductivity 805

Wastewater Constituents Influencing Land Treatment 807

20.7.2 Slow Rate Land Application Systems 807

20.7.3 Soil Aquifer Treatment 814

20.7.4 Overland Flow Systems 815

Questions and Problems 817

Section VI: Final Disposal and Impact Analysis 823

21 Sludge Processing and Land Application 825

21.1 Sludge Characteristics and Conditioning 825

21.2 Sludge Generation and Treatment Processes 828

21.3 Sludge Conditioning 833

21.4 Sludge Thickening 836

21.4.1 Gravity Thickening 836

21.4.2 Flotation Thickening 837

21.5 Mechanical Sludge Dewatering 839

21.5.2 Vacuum Dewatering 843

21.5.3 Plate Pressure Filters 846

21.6 Land Application of Sludge 847

Questions and Problems 854

22 Effluent Disposal in Natural Waters 859

22.1 Pollutants in Natural Waters 859

22.1.1 Water Quality Indices 859

Fish Survival and Temperature 862

Nutrient Loadings to Lakes 864

22.2 Loading Equations for Streams 865

22.2.1 Pollutant Decay in Streams 865

22.2.2 Conservative Substance 866

22.2.3 Substances That Are Transformed by One Reaction 866

22.3 Dissolved Oxygen Variation in a Stream 870

22.3.1 Nitrification in Natural Waters 873

22.3.2 Factors Affecting the Dissolved Oxygen Sag Curve 874

22.3.3 The Reaeration Rate Coefficient 877

22.3.4 Reaeration at Dams 878

22.4 Combined Sewer Overflows Abatement 878

Questions and Problems 881

23 Life Cycle Analysis 887

23.1 Historical Development of LCA 888

23.2 Why Use LCA What Are the Objectives What Are Its Benefits and What Does It Not Do? 888

23.3 ISO Standards 14040 and 14044 889

23.4 Definitions of Terms in ISO 14040 and 14044 889

23.5 Principles Established by ISO 14040 890

23.6 Key Components of the ISO Standards 891

23.6.2 System Boundaries 892

Life Cycle Inventory Analysis 893

23.6.3 Life Cycle Impact Assessment 894

Selection of Impact Categories, Category Indicators, and Characterization Models 894

Assignment of LCI Results to the Selected Impact Categories (Classification) 895

Calculation of Category Indicator Results (Characterization) 895

Characterization Factors, Midpoints and Endpoints 896

Optional Elements of the LCIA 897

23.6.4 Limitations of LCIA 898

23.7 Software and Databases 899

23.8 Examples of Case Studies of LCA in Water and Wastewater Treatment Projects 899


The hydrous properties of subcontinental lithospheric mantle: Constraints from water content and hydrogen isotope composition of phenocrysts from Cenozoic continental basalt in North China

To investigate the hydrous properties of subcontinental lithospheric mantle, phenocrysts from Cenozoic continental basalt in North China were analyzed by FTIR for structural hydroxyl content and by TC/EA-MS for total water content and hydrogen isotope composition. The concentration of structural hydroxyl, while not detectable in olivine, ranges from 62 to 913 ppm in clinopyroxene phenocrysts. Both olivine and clinopyroxene phenocrysts exhibit high total water contents, indicating the presence of molecular water as nanoscale inclusions. The majority of clinopyroxene phenocrysts contain less total water than olivine phenocrysts, and all the clinopyroxene phenocrysts exhibit higher δD values than olivine phenocrysts, suggesting that the molecular water in olivine is rather D-poor. The phenocryst minerals exhibit δD values of −145‰ to −94‰ that are negatively correlated with their total water contents.

The initial basaltic melt is inferred to contain 0.6 wt% total water, which increases to 3.5–6.7 wt% due to fractional crystallization, rendering the melt water-saturated in the late stage of its evolution. Also during this process, structural hydroxyl in the melt is partly converted to molecular water, leading to the depletion of D in the phenocrysts and the systematic variation of structural hydroxyl content with the Mg number of clinopyroxene. The mantle source of the basaltic melt is inferred to have a structural hydroxyl content of 290 ppm, which is slightly higher than that of MORB-type mantle but similar to that of OIB-type mantle. Thus, we suggest that the subcontinental lithospheric mantle of North China is rather hydrous and D-depleted, probably due to the entrainment of recycling subducted crustal material.


Podívejte se na video: Miroslav Havránek - Šipka času a nevratné procesy ve fyzice Pátečníci