Univerzitet u Novom SaduPrirodno­matematički fakultet

Departman za hemiju, biohemiju i zaštitu životne sredineUd ž j đ j š i ži di N i S d“Udruženje za unapređenje zaštite životne sredine „Novi Sad“

DEZINFEKCIJA EFLUENTADEZINFEKCIJA EFLUENTA

Dr Jelena Molnar, docent

Novi Sad 2­5. septembar, 2014.

Ciljevi dezinfekcije efluenta

Svrha dezinfekcije je efektivno eliminisanje organizama koji uzrokuju oboljenja i smanjenje rizika od širenja zaraze

Svrha dezinfekcije je efektivno eliminisanje organizama koji uzrokuju oboljenja i smanjenje rizika od širenja zaraze

j j

• Sprečavanje nastanka bolesti i širenja zaraze uzrokovanih ispuštanjemotpadne vode, koja može da sadrži humane patogene (organizmi kojipredstavljaju rizik po ljudsko zdravlje) u vodene recipijente.

Tehnike dezinfekcijej

• Prirodno uginuće mikroorganizama, razblaživanje, sekundarni itercijarni tretman nedovoljno efikasne tehnike za inaktivacijupatogena.

Efikasnost dezinfekcijeEfikasnost dezinfekcijeTehnike dezinfekcijeTehnike dezinfekcije

Metode PrimerFizičke Toplota, zračenjeZračenjeZračenje Ultraljubičasto (UV) zračenjePrimena

Uslovi mešanja, rezistentnost 

ćelija, disprezija, Primena 

metala Srebro

Korekcija pH Kiseline, bazePrimenaPrimenaoksidacionihoksidacionih

Hlor, natrijum‐ ili kalcijum‐hipohlorit hlor‐dioksid ozon

Vreme ekspozicije, toksičnost 

dezinfektanta prema 

oksidacija, vreme 

zadržavanja 

oksidacionihoksidacionihsredstavasredstava

hipohlorit, hlor‐dioksid, ozon, persirćetna kiselina

Druge Površinski aktivni agensi

pmikroorganizmima

Izbor dezinfekcionog sredstva zavisi od njegove efektivnosti, cene, praktičnogaspekta primene i potencijala da uzrokuje sporedne efekte. 

Primena hlorisanja u dezinfekcijij j

• Hlor oksidacijom inaktivira enzime esencijalne za život mikroorganizama iuništava ćelijske proteine.

• Oblici hlora: gasoviti hlor, tečni rastvor hipohlorita (u vidu natrijum‐ ilikalcijum‐hipohlorita) i hlor‐dioksid.

• Svi oblici hlora daju iste reakcije sa vodom:

Cl2 + H2O  HOCl + HClNaOCl + H2O  HOCl + NaOHCa(OCl)2 + 2H2O  2HOCl + Ca(OH)2

HOCl H OClHOCl H+ + OCl‐

Iako efektivnost dezinfekcije sa hlorom može značajno da varira, pH vrednostkomunalnih otpadnih voda koja je bliska neutralnoj neće imati uticaj naefikasnost dezinfekcije primenom rastvora hipohlorita .

Fenomen prevojne tačkep j

•• TerminTermin „„prevojneprevojne tačketačke““ sese primenjujeprimenjuje zaza procesproces gdegde sese dodajedodaje dovoljnadovoljna količinakoličinahlorahlora dada reagujereaguje sasa oksidabilnimoksidabilnim materijamamaterijama.. GlavniGlavni razlograzlog dodavanjadodavanja dovoljnedovoljnekoličinekoličine hlorahlora jestejeste postizanjepostizanje rezidualareziduala slobodnogslobodnog hlorahlora kojikoji ćeće omogućitiomogućitikoličinekoličine hlorahlora jestejeste postizanjepostizanje rezidualareziduala slobodnogslobodnog hlorahlora,, kojikoji ćeće omogućitiomogućitiefikasnuefikasnu dezinfekcijdezinfekcijee –– potrebapotreba vodevode zaza hloromhlorom..

Moguće reakcije koje vode formiranju N2 i N2O inestanku hloramina hlorisanjem preko prevojne

•NH4+ + HOCl→ NH2Cl + H2O + H+

•NH Cl + HOCl→ NHCl + H O

j p p jtačke su:

•NH2Cl + HOCl→ NHCl2 + H2O

•0,5NHCl2 + 0,5H2O→ 0,5NOH + H+ Cl‐

•0,5NHCl2 + 0,5NOH → 0,5N2 + 0,5 HOCl +2 20,5H+ + 0,5Cl‐

•Zbirna reakcija: NH4+ + 1,5HOCl→ 0,5N2 +

1,5H2O + 2,5H+ + 1,5Cl‐

Problem sa mirisom?

Faktori koji utiču na efikasnostdezinfekcije hloromdezinfekcije hlorom

Inicijalno mešanjeHemijske karakteristike otpadne vodeUticaj čestičnih materija sa koliformnim organizmimaKarakteristike mikroorganizama

UticajUticaj konstituenatakonstituenata otpadneotpadne vodevode nana primenuprimenu hlorahlora u u procesuprocesu dezinfekcijedezinfekcijejj pp pp pp f jf jKonstituentiotpadne vode Uticaj

BPK, HPK, TOC itd. Organska jedinjenja koja čine HPK i BPK mogu da troše hlor. Stepen interferencija zavisi od prisustva funkcionalnih grupa i hemijske strukture jedinjenja

H i k t ij S j j fik t hl i j l d f i j hl ih kih j di j j k jHuminske materije Smanjuju efikasnost hlorisanja usled formiranja hlorovanih organskih jedinjenja, koja se mogu meriti kao rezidual hlora, ali nemaju dezinfekcionu aktivnost

Ulja i masti Imaju određenu potrebu za hloromTSS Deluju kao „omotač“ i štite bakterije od dezinfekcijeAlkalitet Nema uticaja ili je uticaj veoma mali Tvrdoća Nema uticaja ili je uticaj veoma maliTvrdoća Nema uticaja ili je uticaj veoma mali Amonijak Reaguje sa hlorom formirajući hloramineNitriti Oksiduju se hlorom, formirajući N‐nitrozodimetilamin (NDMA)Nitrati Smanjuju potrebnu dozu hlora jer se ne formiraju hloramini. Kompletna nitrifikacija može 

rezultovati formiranjem NDMA usled prisustva slobodnog hlora. Parcijalna nitrifikacija može praviti smetnje prilikom određivanja adekvatne doze hlora

Gvožđe Oksiduje se hloromMangan Oksiduje se hlorompH Utiče na distribuciju hipohlorne kseline i hipohloritnog jonaIspuštanje iz industrije

U zavisnosti od karakteristika, može rezultovati dnevnim ili sezonskim varijacijama u potrebi zahlorom

Formiranje i kontrola dezinfekcionihnusprodukatanusprodukata

• neorganski nusprodukti: hloratni jon, hloritni jon, 

Karbonilnaj j

bromatni jon, jodatni jon itd.• organski oksidacioni

nusprodukti:

Karbonilna jedinjenja

– aldehidi (formaldehid);– trihalometani;– halosirćetne kiseline;

N jedinjenja

HNM haloamini

– haloacetonitrili;– haloketoni;– hlorovani fenoli;

N‐jedinjenjaKombinovani hlor?

haloamindhalonitrili

– halonitrometani;– cijanogen hlorid;– N‐organohloramini; i

neorganski

– MX (3‐hlor‐4‐(dihlormetil)‐5hidroksi‐2(5H)furanon), i dr.

Dizajn procesa hlorisanjaj p j

• Dezinfekcija ili uklanjanje azota (dezinfekcija do prevojne tačke)?• U prekidnoj tački hlorisanja mora se dodati oko 10 mg/l hlora za svaki mg/l amonijačnog

azota prisutnog u otpadnim vodama. Više prečišćene otpadne vode zahtevaju manje hlora.azota prisutnog u otpadnim vodama. Više prečišćene otpadne vode zahtevaju manje hlora. • Uobičajene vrednosti za rezidual hlora su od 2 do 4 mg/l, za kontaktno vreme od oko 1 h.

Uobičajene doze hlora potrebne za uklanjanje ukupnih koliforma iz otpadnih vodad i f k ij i ti j t d d k lit t i k t kt d 30 idezinfekcijom i postizanje standarda kvaliteta, pri kontaktnom vremenu od 30 min

Tip otpadne vode

Inicijalna koncentracija(najverovatniji broj (MPN) koliformnih bakterija u 

Doza hlora (mg/l)Standard za efluent(MPN/100 ml)koliformnih bakterija u 

100ml vode)(MPN/100 ml)

100 200 23 ≤2.2Sirova otpadna voda 107‐109 15‐40Primarni efluent 107‐109 10‐30 20‐40Efluent filtracije 105‐106 3‐10 5‐20 10‐40fl k l 5 6 5 5Efluent aktivnog mulja 105‐106 2‐10 5‐15 10‐30Efluent aktivnog mulja nakon filtracije 104‐106 4‐8 5‐15 6‐20 8‐30

Efluent nitrifikacije 104‐106 4‐10 6‐12 8‐14 8‐16Efluent mikrofiltracije 101‐103 1‐3 2‐4 2‐6 4‐10jReversna osmoza ~ 0 0 0 0 0‐2Efluent kanalizacije 107‐109 20‐40 40‐60Efluent peščane filtracije 102‐104 1‐5 2‐8 5‐10 8‐18

Kontrola procesa dezinfekcije sagasovitim hlorom

• Kontaktno vreme. Uobičajeno kontaktno vreme hlora iznosi 30 do 60minuta pri prosečnom dnevnom protoku i ne treba da bude manje od15 minuta pri uslovima maksimalnog protoka.

• Rezidual hlora.• Indikator prisustva bakterija.

Koncept inaktivacije bakterija kao indikatora je veoma koristan zato što jekoliforme i druge indikatorske bakterije mnogo lakše detektovati u odnosu

li i k i l kš iš i i ćina patogene, ali isto tako i mnogo lakše uništiti nego većinu patogena,izuzev eventualno virusa. Direktno ispitivanje prisustva patogena jekompleksno i skupo.

Dezinfekcija sa hlor­dioksidomj

• ClO2 je baktericidno sredstvo, efikasan virucid, efikasniji u inaktivacijivirusa u odnosu na hlor. 

• ClO2 je neophodno generisati on­situ neposredno pre primene usledtoga što je nestabilan i brzo podleže dekompoziciji:

2NaClO2 + Cl2→ 2ClO2 + 2NaCl 

Šematski prikaz generisanja hlor­dioksida

Potrebna doza hlor­dioksida zadezinfekciju i rezidual hlor dioksidadezinfekciju i rezidual hlor­dioksida

• Potrebna doza ClO2 za dezinfekciju zavisi od pH i specifičnostiorganizama.

• ClO2 je u odnosu na slobodan hlor mnogo efikasnije u inaktivaciji cistaprotozoa.

• Rezidual ClO2 mnogo brže podleže degradaciji u odnosu na rezidualhlora, manje štetan po akvatični ekosistem od reziduala hlora.

• Najznačajniji dezinfekcioni nusprodukti koji se formiraju primenomj j j p j j phlor‐dioksida za dezinfekciju su visoko toksični hlorit (ClO2‐) i hlorat(Cl2O2).

Dehlorisanje efluentaj

• Kod velikog broja postrojenja za tretman otpadnih voda, finalni efluentmora biti dehlorisan kako bi rezidualni hlor bio u skladu sa graničnimvrednostima za ispuštanje u recipijent. • Sumpor‐dioksid (SO2), • natrijum‐tiosulfat (Na2S2O3), j ( 2 2 3),• natrijum‐bisulfit (Na2S2O5), • i adsorpcija na aktivnom uglju. 

• Za slobodni hlor:    SO2 + H2O + HOCl→ 3H+ + Cl‐ + SO42‐

• Za hloramine:         SO2 + 2H2O + NH2Cl → NH4+ + 2H++ CI‐ + SO42‐

R k ij h j d k š j i d ij j• Reakcije zahtevaju adekvatno mešanje i odvijaju se gotovo trenutno, zahtevajući vreme kontakta od oko 2 minuta. 

• Izračunavanje potrebne količine SO2:

Brzina uvođenja SO2 (kg/dan) = Protok (ml/dan) x rezidualni hlor(mg/l) x faktor konverzije

Dizajn postrojenja za hlorisanje i dehlorisanje

• Važni parametri koji utiču nadizajn postrojenja zadizajn postrojenja zahlorisanje/dehlorisanje su: 

• procena potrebne doze hlora, • kontrola doziranja• kontrola doziranja, • injektiranje i početno mešanje, • dizajn kontaktora, • održavanje brzine transporta

čvrstih materija, • merenje hlora na izlazu i

kontrola reziduala, • skladištenje hlora, • zadržavanje hemikalija i

postrojenje za neutralizaciju, i• postrojenje za dehlorisanje Kontaktni reaktor za hlorisanje (gore), oprema za

proizvodnju hlora na licu mesta (dole)

Šematski prikaz procesa hlorisanja/dehlorisanjaprimenom sistema za injektiranje hloraprimenom sistema za injektiranje hlora

Šematski prikaz procesa hlorisanja primenomnatrijum­hipohlorita i dehlorisanje sa sumpor­

dioksidom

Primena kalcijum­hipohlorita za dezinfekcijuj f j

Šematski prikaz procesa sa primenom tableta hipohlorita za sistem kojinije pod pritiskom (a) i sistem pod pritiskom (b) 

Šematski prikaz procesa sa primenom hlor­dioksidaŠematski prikaz procesa sa primenom hlor­dioksida

Ozonizacijaj

• Primarno se koristi za dezinfekciju, ali se može primeniti i u vidupredtretmana komunalnih i industrijskih otpadnih voda, za kontrolumirisa itd.

• Ozon se formira i prirodnim putem u atmosferi putem fotohemijskih ilielektričnih procesa.

• Prednosti:– veoma je snažno oksidaciono sredstvo,j ,– povećava biodegradabilnost zagađujućih organskih materija;– ne daje nikakav ukus ili miris;proizvodi se iz vazdušnog kiseonika pomoću električne energije– proizvodi se iz vazdušnog kiseonika pomoću električne energije.

• Nedostaci:– cena i efikasnost opreme za proizvodnju ozona i neke teškoće pri

j š j d knjegovom unošenju u otpadne tokove.

Šematski prikaz sistema zaozonizacijuozonizaciju

Načini uvođenja ozona u reaktor. Kontaktni reaktor mora biti dubok da se poveća efikasnost 

transfera O3difuzerima

Faktori koji utiču na dizajn procesa ikontrolu procesakontrolu procesa

• Dezinfekcija ili u tercijarni tretman efluenta.• Kontrola mešanja i vremena zadržavanja a kontaktno vreme je• Kontrola mešanja i vremena zadržavanja, a kontaktno vreme je

uslovljeno rezidualom ozona u vodi.• Vrednost od 200 fekalnih koliforma/100 ml se može postići primenom

5mg O /l5 mg O3/l.• Kontaktno vreme može biti od 2 do 15 minuta.• Standard zahteva visoko uklanjanje koliforma (2 fekalne

k lif /100 l) št ž tići d d 15 /l ilikoliforme/100 ml) što se može postići dozom ozona od 15 mg/l ilivećom.

• Za većinu slučajeva rezidual ozona od 0,1 mg/l za 5 minuta jed k t d i f k ij d i ki d ž j k t ijadekvatan za dezinfekciju vode sa niskim sadržajem organske materijei bez suspendovanih čestica.

• Prisustvo organske materije povećava potrebu za ozonom, što možesprečiti nastanak reziduala Prisutne čestične materije u vodi mogu dasprečiti nastanak reziduala. Prisutne čestične materije u vodi mogu daštite mikroorganizme od dezinfekcionog dejstva ozona.

Dezinfekcija primenom ultraljubičastog (UV) zračenjazračenja

Mehanizam delovanja UV zraka na DNK UV zračenje ubija bakterije i viruse na253,7 nm

D=Itgde su: D = doza UV zračenja (mW·s/cm2);

I = intenzitet UV zračenja (mW/cm2 lampe koja emituje zračenje na 253,7 nm);k ( k d )t = vreme ekspozicije (u sekundama).

Komponente sistema za UV dezinfekciju

Oprema za UV dezinfekciju Aquionics UV systemsOprema za UV dezinfekciju Aquionics UV systems

Kontrola procesa UV dezinfekcije

• senzori za praćenje intenziteta zračenja i rada lampe, • merenje temperature, j p ,• odgovarajući sisteme upozorenja

Izgled pogona za UV dezinfekciju efluenta

Hvala na pažnji!