Flokulacija - je definisana kao spajanje (agregacija) cestica u krupnije elemente.Koagulacija - proces destabilizacije cvrstih cestica u tecnoj fazi primjenom hemijskog agensa – koagulanta.

Koagulacija i flokulacija su osnovni procesi u broju različitih disciplina, uključujući biohemiju, proizvodnju sira i guma, te obradu voda i otpadnih voda. U postupcima obrade voda i otpadnih voda koagulacija i flokulacija su iznimno važni.. Bez koagulacije ne može nastupiti flokulacija, odnosno taloženje čestica, a samim procesom koagulacije ne možemo praktički odstraniti koloidne tvari iz vode. Primarni koagulansi su kemiukalije ili supstance koje dodane u zadanu suspenziju ili otopinu da bi se postigla destabilizacija. Pomoćni koagulansi su kemikalije ili supstance dodane u destabiliziranu suspenziju ili otopinu da ubrzaju flokulaciju ili da ojačaju flokule koje su se formirale tijekom flokulacije. Proces bistrenja može se odvijati u horizontalnom bazenu ili uzvodnom akceleratoru. Da bi se uspješno obavio proces koagulacije, potrebno je uraditi određene eksperimentalna mjerenja u laboratoriju.

Koagulacija Supstance koje cine mutnocu vode tj. suspendovane cestice i koloidno dispergovana jedinjenja najcešce su naelektrisane negativno. Ako se u vodu unesu supstance sa pozitivno naelektrisanim centrima, koji na sebe elektrostatski privlace negativno naelektrisane cestice iz vode,nastaju krupne pahuljice – flokule, koje se tada mogu mnogo brže istaložiti od prvobitno prisutnih cestica u vodi. Dolazi do meðusobne neutralizacije naelektrisanja.

1

2

Necistoce koje se mogu ukloniti koagulacijom podrazumijevaju mutnocu, bakterije, alge, boju,organska jedinjenja, oksidisano gvožðe i mangan,kalcijum karbonat i cestice gline.Najvecu primjenu kao koagulanti imaju soli aluminijuma i gvožða – Al-sulfat, Na-sulfat, Fe-III sulfat, Fe-III-hlorid, Al(OH)3, Fe(OH)3 i karbonati. Izbor otpimalne vrste i doze koagulanta za datu otpadnu vodu može se izvršiti samo na osnovu eksperimentalnih podataka (”JAR”-test).

“Jar” test predstavlja jednostavan i brz način za simulaciju procesa određivanje optimalnih uslova za izvođenje koagulacije i flokulacije. “„ J A R “ t e s t a p a r a t u r a č i n e s e r i j s k i v e z a n e m a g n e t n e i l i p r o p e l e r s k e mješalice koje obezbjeđuju jednake uslove mješanja u svim čašama. S v a k o m j e r n o m j e s t o i m a r e a k c i o n u p o s u d u

3

( l a b o r a t o r i j s k u č a š u ) s a m j e š a l i c o m s t i m d a s e s v a k a m j e š a l i c a m o ž e u k l j u č i t i i l i i s k l j u č i t i nezavisno.

Faktori koji uticu na proces koagulacije i flokulacije su slijedeći:

• sastav i priroda vode (u smislu sadržaja organskih i neorganskih komponenata u tretiranoj vodi),• mješanje (do izvesne mjere pospešuje koagulaciju),• temperatura (porast temperature ubrzava proces koagulacije),• pH (svaki koagulant ima optimalni opseg pH vrijednosti pri kojoj djeluje),• konstrukcija ureðaja,• uticaj spoljašnjeg elektricnog i magnetnog polja.

Sastav vode

-sadržaj rastvorenih i suspendovanih materija prisutnih u sistemu,-materije se moraju pojedinačno analizirati – organske i neorganske,-ako neorganske materije sadrže zajednički jon sa primenjenimkoagulantom – ubrzavaju proces koagulacije,-ostale, generalno – usporavaju proces

Mješanje

-do izvjesne mjere – pospešuje koagulaciju,-u inkubacionom periodu – potrebno je dodato sredstvo što prijeravnomjerno rasporediti po čitavoj zapremini sistema,-u fazi rasta i starenja – blago mješanje, kako ne bi došlo do razaranjaveć formiranih agregata.

Temperatura

-porast temeperature – ubrzava koagulaciju, skraćuje periodinkubacije i rasta: ubrzava kretanje čestica, omogućuje veći broj sudara,-obrada vode koagulacijom u zimskom periodu je otežana,posebno u slučaju otpadnih voda sa niskom mutnoćom.

pH

-uticaj pH vrijednosti sredine direktno zavisi od primjenjenog koagulanta

4

-svaki koagulant – ima optimalni opseg pH - interval pH vrednosti ukojem je rastvorljivost proizvoda hidrolize najmanja. Prilikom sprovođenja postupaka flokulacije i koagulacije regulacija pHvrijednosti je neophodna. Ekonomičan rad i optimalni rezultati flokulacije i koagulacije zavise isključivo od pH vode.

Flokulacija

Flokulacija je vezivanje makromolekula flokulacionog sredstva sa vecim brojem cestica, tj. vezivanje pojedinacnih cestica koje imaju veci broj naelektrisanih centara sa više suprotno naelektrisanih mjesta flokulacionog sredstva, putem tzv. molekulskog premoštavanja. Nema oštre granice izmeðu ova dva pojma, pa se

5

meðu njima ne pravi razlika u tehnologiji vode, a cesto ih nazivaju i primarna i sekundarna flokulacija.Koagulacioni (destabilizacioni) postupak se prividno odigrava trenutno po dodavanju koagulanta, dok flokulacioni (transportni) postupak zahteva više vremena za razvoj krupnog floka.

• Sredstva za flokulaciju:

Al2(SO4)3, FeCl3 i polielektroliti.Polielektroliti su visokomolekularna jedinjenja sa dugackim lancima. Mogu biti: prirodni ili sintetski i neorganski ili organski.Najviše primenjivani flokulanti su sintetski polimeri (poliamini,poliakrilamid, poliakrilati).Efikasnost flokulacije prvenstveno zavisi od vremena kontakta, koje trebada bude reda veličine 10-30 minuta, i od mogućnosti da se mijenja energija miješanja, kako ukupna, tako i toku flokulacije.Polielektroliti kao sredstva za flokulaciju, zavisno od tipa, se mogu podijeliti na:

1. Katjonske (sa pozitivnim naelektrisanjem-na bazi akrilamida, poliamida, poliamina, polietilenamina),2. Anjonske (sa negativnim naelektrisanjemakrilamidi kopolimeri akrilne kiseline),3. Nejonogene (sa podjednakim brojem pozitivno i negativno naelektrisanih grupapoliakrilamidi i polietilenoksidi).Koji ce flokulant, u sprezi sa odreðenim koagulantom, dati najbolje rezultate odreðuje se, kao što je vec objašnjeno iskljucivo eksperimentalnim putem.

Flokulant se dodaju u sistem na dva nacina:

– Istovremeno sa koagulantom– U malom vremenskom zakašnjenju u odnosu nakoagulant (2 – 5 min).

Svrha koagulacije i flokulacije u tretmanu vode za piće je destabilizacija:

- suspendovanih čestica (čestice mutnoće neorganskog porijekla),prirodnih organskih materija prisutnih u obliku koloida ili u rastvorenom obliku,- organskih materija antropogenog porekla (rezidua pesticida),

6

- bakterija i algi- U cilju obrazovanja većih flokula što pogoduje daljem tretmanu čestica bistrenjem ili filtracijom.Proces koagulcije i flokulacije prikazan na primjeru “Procesa obrade sirove vode”.Sirova voda koja ulazi u postrojenje za preradu vode može sadržavati čvrsti materijal u koloidnom obliku. Koloidi su stabilne suspenzije veoma finih čestica u vodi, a njihova veličina je u opsegu 0,1 – 0,001 μm. Zbog tako male veličine pojedinačnih čestica koloidne suspenzije su praktično stabilne i pojavljuju se kao "oblak" ili "maglica" u vodi. Koloidne suspendovane materije nije moguće ukloniti upotrebom samo tehnika filtracije. Odvajanje se bazira na procesima koagulacije i flokulacije čestica odnosno taloženju. Dodatak hemijskih sredstava, "koagulanata",destabiliše koloide, odnosno dolazi do koagulacije. Ova sredstva smanjuju repulsivne sile između čestica koloida. U sljedećoj fazi čestice se spajaju obrazujući veće flokule izazvano dodatkom hemijskih sredstava poznatih kao "flokulanti". Ova sredstva se vezuju ili se adsorbuju na koloidne čestice koje se međusobno privlače, stoga pospešuju stvaranje flokula. Flokule postaju mnogo veće od početnih koloidnih,tako da mogu biti uklonjene taloženjem i filtracijom. Iz ekonomskih razloga najčešće korišćeni koagulant je Al2(SO4)3,koji se obično dodaje u količini od 10 do 150 g/m3, gvožđe - Fe3+- hlorid se obično dodaje u količini 5 – 150 g/m3 i gvožđe Fe3+- sulfat se uobičajeno dodaje u količini 10 – 250 g/m3 Ostale hemikalije su AlCl3 i različiti polimeri aluminijuma.Efikasnost koagulacije zavisi se od odabira pogodnog koagulanta, njegove k o n c e n t r a c i j e , p H v r i j e d n o s t i i p o s t i z a n j a b r z o g i p o t p u n o g m i j e š a n j a dodate hemikalije s vodom. Miješanje se mora sprovesti za veoma kratko vrijeme i sa intenzitetom koji omogućava potpuno miješanje vode u cijeviili komori u kojoj se vrši destabilizacija.

Uloga procesa koagulacije i flokulacije pri preradi sirove vode u vodu za piće je:

- bistrenje vode- smanjenje sadržaja organskih materija- dalje smanjenje broja mikroorganizamaOvo je najvažnija faza procesa i prerade vode jer od nje zavisi efikanost sedimentacije i filtracije.

7

Koagulacija kao podsklop na filter postrojenju se izvodi u 4 pod-faze:

- dodavanje koagulanta- dodavanje aktivnog uglja u prahu- recirkulacija povratnog mulja- dodatak flokulanata

Uređaji za koagulaciju i flokulaciju

Proces obrade vode koaguacijom I flokulacijom sastoji se od tehnički dvije faze:

- Doziranje uz menješanje raktiva- projektovanje načina doziranja I mješanja hemijskih agenasa, sa zonom blagog mješanja prije samog taloženja

- Taloženje nastalih agregata- uređaji za taloženje

Mjesto , način I uslovi doziranja koagulanata

Mjesto, način I uslovi doziranja koagulanata moraju obezbjediti intenzivno mješanje za vrijeme inkubacionog perioda.

Nakon toga voda mora biti podvrgnuta-mirnom, blagom I umjerenom mješanju I kretanju.

Obezbjeđivanje gradijenta brzine koji daje efekat mješanja, tehnički je moguće postići:

-hidraulički

-aeracijom i

-mehanički.

Hidraulička metoda:

-najjednostavnija,

-najjeftinija-sa aspekta potrebne energije.

8

Hidraulična metoda mješanja koagulanta

Aeraciona metoda:

-mješanje mjehurićima vazduha,

-mali toškovi,

-dobra cirkulacija, efikasno mješanje,

-ovom tehnikom se smanjuju gabariti uređaja,

9

-potreban prečnik mjehurića – do 0.08mm,

-veći mjehurići vazduha velikom brzinom napuštaju zapreminu sistema, uz smanjeni efekat mješanja.

Mehanička metoda:

-podrazumjeva elemente za mješanje različitih oblika,

-pokretni elementi se okreću ili osciliraju.

Mehanička metoda mješanja koagulanta

Uređaji za doziranje sredstva za koagulaciju I flokulaciju

Ukoliko se sredstvo nabavlja u kristalnom obliku kao aluminijev sulfat, potrebno je imati uređaj za pripremu odgovarajućeg rastvora. Ovisno o veličini uređaja će biti u jednoj od izvedbi, odnosno za:

-manja potrojenja, i velika postrojenja.

10

Priprema i doziranje koagulanta u manjim postrojenjima:

Doziranje koagulanata u većim postrojenjima :

11

Uređaji za doziranje hemijalija omogućavju:

-jednolično mješanje I rast flokula

-kompaktnost,

-mali utrošak energije,

-mali urošak hemikalija,

-nema zastoja u protoku

Uređaj za doziranje hemikalija

12

Uređaji za bistrenje vode flokulacijom

Taložni tankovi, odnosno reaktori predstavljaju osnovni deo postrojenja za bistrenje vode flokulacijom. U njima se odvija formiranje flokula i najčešće i njihovo izdvajanje iz vode.

Za flokulaciono bistrenje vode se upotrebljavaju dva osnovna tipa tankova i to:

1. Taložni tankovi klasične konstrukcije kod kojih se svaka od faza bistrenja vode odvija u posebnom rezervoaru, ili u zasebnom delu tanka. Odlikuju se relativno dugačkim vremenom zadržavanja (3-6 sati), što uslovljava gradnju tankova velikih dimenzija. Poseban problem predstavlja izdvajanje i recirkulacija mulja. Najčešće rade diskontinualno, ali daju izbistrenu vodu izuzetnog kvaliteta, pa se stoga koriste u velikim komunalnim postrojenjima za dobijanje vode za piće.

2. Brzi taložnici (akceleratori) se odlikuju kontinualnim odvijanjem svih faza tehnološkog postupka bistrenja vode flokulacijom, izuzev pripreme rastvora i suspenzije flokulanta, gotovo bez ikakvog nadzora. Statičko zadržavanje vode u njima je 1-2 sata, pa im je zapremina nekoliko puta manja od prethodnih (manji investicioni i eksplatacioni troškovi). Probleme tokom rada akceleratora može predstavljati eventualna pojava i rast algi.

Prema načinu rada taložnici se mogu svrstati u sledeće grupe:

-tankovi sa horizontalnim protokom,

-tankovi sa kružnim protokom,

-tankovi sa spiralnim protokom,

-tankovi sa vertikalnim protokom (voda struju vertikalno nagore brzinom manjom od brzine taloženja suspendovanih čestica).

13

Taloženje

Taloženje je proces gravitacijskog uklanjanja zrnatih i pahuljičastih čestica iz vode kojima je

gustoća veća od gustoće vode.

U teoriji taloženja se polazi od (a) pojedinačne (diskretne), (b) okrugle čestice, pretpostavljajući

(c) mirnu vodu i (d) zanemarujući sve utjecaje koji ometaju ovaj proces.

Kada se diskretna okrugla čestica pusti padati u mirnoj vodi nultom početnom brzinom, ona ubrzava kretanje dok joj brzina, nakon određenog vremena (koje je gotovo uvijek beznačajno u odnosu na trajanje procesa taloženja), ne postane konstantna.S obzirom na karakter i kvalitetu vode u procesu kondicioniranja, te na veličinu i masu lebdećih čestica, vertikalna brzina taloženja čestice, vt[m s-1], nalazi se u području važenja Stokesovog zakona (1851). Međutim, pošto se kod taloženja, kako prirodne tako i koagulirane suspenzije, obično susrećemo s polidisperznom suspenzijom, brzine taloženja takove suspenzije najbolje je odrediti ispitivanjima.Isto tako, budući da u praksi nikada nisu ispunjeni uvjeti savršenog taloženja, mora se računati na umanjenje efekta taloženja.Ovome doprinose dva odlučujuća činioca: (i) strujanje u zoni taloženja izazvano raznim utjecajima (puhanjem vjetra po nepokrivenim taložnicima, konvektivnim strujanjem zbog temperaturnih promjena, strujanje zbog razlike u gustoći) i (ii) međudjelovanje čestica.

Proces taloženja odvija se u posebnim objektima (bazenima) – taložnicima.

Danas se u praksi kondicioniranja vode primjenjuju dvije osnovne vrste taložnika, ovisno od smjera toka u njima:

(1) horizontalni taložnici,

14

(2) vertikalni taložnici.

Ovo su tzv. konvencionalni taložnici. Radi intenzifikacije procesa taloženja grade se i specijalni taložnici koji će se analizirati naknadno.

(1) Taloženje u horizontalnim taložnicima se može odvijati u:

(a) pravokutnim taložnicima,

(b) okruglim taložnicima

a) Voda u taložnik dotječe ulaznom zonom kroz jedan od vertikalnih zidova taložnika, prolazi njegovom duljinom zonom taloženja do suprotnog vertikalnog zida i izlaznom zonom otječe iz taložnika. Ispod zone taloženja je zona mulja.Sve čestice s brzinom taloženja vt≥vtc bit će 100 [%] uklonjene, jer će se kretati putanjama paralelnim s “p” ili strmijim. Isto tako, sve čestice s brzinom taloženja vt< vtcr koje u zonu taloženja uđu unutar visine h [m], imat će putanje paralele s “p‘ ” i bit će također uklonjene, dok će sve čestice s brzinom taloženja vt< vtcr analize taloženja u pravokutnim horizontalnim taložnicima temeljene su, između ostaloga, i na pretpostavci da režim tečenja ne utječe na proces taloženja. Naravno, ova pretpostavka vrijedi samo za slučaj laminarnog tečenja u taložniku. Da li će se tečenje u taložniku odvijati u laminarnom ili turbulentnom režimu ovisi, dakako, o vrijednosti Reynoldsovog broja koje u zonu taloženja uđu iznad visine h, biti iznijete iz zone taloženja. Za laminarno tečenje u pravokutnim taložnicima treba biti ispunjen uvjet, Re < 2000. Dakle, za manje vrijednosti Reynoldsovog broja, S druge strane, potreba eliminacije kratkospojnog tečenja, kada se dotok jednoliko ne distribuira preko čitavog poprečnog presjeka taložnika zahtijeva što veći odnos sila tromosti prema silama gravitacije. Zadovoljenje gornjeg kriterija zahtijeva duge, uske i plitke taložnike s većim brzinama toka, što je u suprotnosti s prethodno izraženim zahtjevom s obzirom na tražene vrijednosti Reynoldsovog broja. Stoga su konstrukcijska rješenja konvencionalnih pravokutnih taložnika s horizontalnim tokom vode rezultat kompromisa između međusobno suprotnih hidrauličkih zahtjeva (niske vrijednosti

15

Reynoldsovog broja i visoke vrijednosti Froudeovog broja) i ekonomskih kriterija koji zahtijevaju ograničen odnos dubine, širine i duljine spremnika. Dubina taložnika odabire se 2 do 3 [m]. Isto tako, ne preporučuju se taložnici sa širinom preko 5 [m] i duljinom preko 50 [m]. Moguće je i rješenje s pokretnim mostom koji također ima zgrtač i premošćuje taložnik po širini, krećući se od jednog prema drugom kraju taložnika. Zgrtanja mulja se obavlja suprotno od smjera toka. Postupci zgrtanja mulja obično su automatizirani. Radi što lakšeg zgrtanja mulja u muljnu komoru, odakle se zatim ispušta, dno taložnika se izvodi s uzdužnim padom 1 do 2 [%], također suprotno toku. Obično se grade dva taložnika, radni i rezervni, kako bi se nesmetano obavljalo čišćenja. Horizontalni pravokutni taložnici pokazali su se ekonomski opravdanim ako im je kapacitet veći od 3 000 [m3d-1].

(b) U okrugli taložnik,

Voda se dovodi u komoru, smještenu u sredini taložnika, i radijalno kreće (zbog čega se ovi taložnici ponekad nazivaju radijalni taložnici) prema rubnom sabirnom žlijebu, iz kojega se dalje odvodi. Bitna osobina okruglih taložnika je promjena brzine vode u zoni taloženja od najveće vrijednosti u sredini, do najmanje na rubovima taložnika. Sustav za zgrtanje mulja najčešće je riješen rotacijskom rešetkastom (mosnom) konstrukcijom. Okrugli taložnici se grade promjera Ds= 5 do 60 [m]. Dubina taložnika (vode), Hs, na rubu uzima se 1.5 do 2.5 (3.5) [m] (Ds/Hs> 3.5), a nagib dna 4 do 10 [%].I okrugli taložnik može imati flokulator smješten u sredini.

Slika horizontalnog taložnika

16

(2) Taloženje u vertikalnim taložnicima se može odvijati u:

(a) okruglim taložnicima,

(b) kvadratnim taložnicima

Češća je primjena okruglih taložnika.

Slika okruglog taložnika

Vertikalne taložnike, karakterizira uzlazno kretanje vode. Ovakav taložnik je u stvari okrugli ili kvadratni bazen s konusnim, odnosno piramidalnim donjim dijelom. U sredini taložnika je najčešće ugrađen flokulator. Koagulirana voda se dovodi u flokulator i sustavom mlaznica jednoliko distribuira. U flokulatoruvoda struji silazno i ulazi u donji dio zone taloženja. Odavde nastavlja uzlazno strujanje prema sabirnom žlijebu, odakle se dalje odvodi.Mulj se skuplja na dnu konusnog dijela i povremeno ispušta. Radi osiguranja gravitacijskog dizanja mulja prema

17

Srednja (uzlazna) brzina vode u taložniku, vu[m s-1], obično se kreće u granicama 5 do 6·10-4[m s-1]. Ova brzina osigurava taloženje svih čestica s brzinom taloženja vt> vumuljnom ispustu, preporuča se izvođenje konusnog dijela pod kutom 50 do 55 [%].Visina zone taloženja, Hs, pretežno se uzima 4 do 5 [m], a odnos promjera taložnika, Ds, i visine zone taloženja, Hs, Ds/Hs≥ 1.5. Vertikalni taložnici se uglavnom primjenjuju kod uređaja kapaciteta do 30 000 [m3d-1].

Slika vertikalnog taložnika

(3) Taloženje u posebnim (specijalnim) taložnicima odnosi se na taloženje u:

(a) cijevnim i pločastim (lameliranim) taložnicima,

(b) taložnicima s lebdećim muljem.

(a) Cijevni i pločasti taložnici su nastali kao rezultat nastojanja da se učinak taloženja približi teoretski očekivanome, te da se vrijeme zadržavanja vode u taložniku, koje je inače prilično dugo u odnosu na druge faze

18

kondicioniranja vode, što više skrati, uz postizanje željenog stupnja taloženja. Ovi se taložnici grade kao bazeni, u koje se u vidu snopa, pod određenim kutom prema horizontali, ugrađuje sustav cijevi različitog oblika profila (okruglog, četverokutnog,šesterokutnog), ili sustav paralelnih ploča (lamela). Karakteristična dimenzija profila cijevi, odnosno međusobnog razmaka lamela, iznosi reda veličine 5 do 7 [cm].Kroz ugrađene cijevi ili ploče uzlazno protječe voda opterećena lebdećim česticama i na tom se putu oslobađa znatnog dijela suspenzije za osjetno kraće vrijeme u odnosu na konvencionalne taložnike.Također se postiže i optimalnost hidrauličkih parametara. Reynoldsov broj poprima vrijednost koje bez daljnjega osiguravaju slojevito tečenje, a Froudeov broj se kreće u granicama kod kojih je u potpunosti osigurana stabilnost tečenja. Analize i ispitivanja vezani za probleme uklanjanja mulja rezultirali su utvrđivanjem optimalnog kuta nagiba protočnih elemenata u granicama od 45 do 60 [˚]. Time je osigurano neprekidno gravitacijsko otjecanje mulja.Duljina protočnih elemenata je približno jednaka dvadeseterostrukoj vrijednosti karakteristične dimenzije protočnog elementa, što u konačnosti rezultira smanjenjem potrebne dubine vode u taložniku ( za oko 30 [%] u odnosu na konvencionalne taložnike).

Prednosti cijevnih i pločastih taložnika sadržane su u visokom učinku koji se postiže za osjetno kraće vrijeme, manjem volumenu objekta, pa prema tome i manjim investicijskim troškovima.

19

Slika cijevnog pločastog taložnika

(b) Taložnici s lebdećim muljem se danas naširoko koriste u tehnici kondicioniranja vode.

S obzirom na određene posebnosti, ovi se taložnici izvode najčešće pod nazivima (i) akceleratori,(ii) precipitatori i (iii) pulzatori. Njihov rad, je zasnovan na propuštanju koagulirane vode kroz sloj lebdećeg mulja.Koagulirana voda se dovodi u donji dio taložnika i struji uzlazno. Čestice (pahuljice) koagulanta i s njima povučene čestice suspenzije podižu se uzlaznim tokom do trenutka kada njihova brzina taloženja postane jednaka uzlaznoj brzini toka. Pretpostavimo da će se to dogoditi na visini h, iznad dovoda vode. Iznad te razine će se formirati sloj lebdećeg mulja kroz koji će prolaziti i na određeni se način filtrirati voda. Visina sloja mulja, h1, treba osigurati potreban stupanj taloženja. Ta je visina ograničena i položajem uređaja za oduzimanje mulja koji se uklanja u zgušnjivač mulja.

20

PFR Cjevni flokurator

Cjevni flokurator je strujni reaktor koji se koristi tamo gde se koagulanti, flokulanti i opciono hemikalija za ispravku pH vrednosti, doziraju sekventno za uklanjanje HPK, BPK, zamućenosti, odvajanje taloga itd. Proces se odigrava u strogo kontrolisanim, dobro definisanim i optimizovanim uslovima.

Karakteristike PFR reaktora:

- Nema kratkih spojeva- Nema uzvodnog mešanja- Uniformno mešanje u poprečnom preseku cjevi- Uniformni prirast floka- Nema pokretnih delova- Lako instaliranje pH metra, jednostavno podešavanje i kontrola- Otvori za uzorkovanje/monitoring su ugradjeni kao standardna oprema- Proizveden od polietilena ili prokronskog čelika

NTR Rezervoarski Reaktor

U slučajevima kada su kritične tačke procesa energija mešanja, vreme zadržavanja i veliki kapacitet, ne može se koristi PFR cevni flokurator.

21

Tada se koristi NTR rezervoarski reaktor.Karakteristike NTR reaktora:- Smanjenje kratkih spojeva pozicioniranjem ulaznog i izlaznog pregradnog zida(skretnice), pravilnim odabirom dimenzija skretnica i D:H odnosa - Projektovan za koagulaciju/flokulaciju ili rastvaranje hemikalija.

Brzi taložnici-akceleratori

Akceleratori su uređaji koji, pomoću električnog i magnetnog polja, ubrzavaju naelektrisane čestice do velikih brzina, nekada čak i do brzina koje su nešto manje od brzine svetlosti. Ovi uređaji omogućuju ispitivanje tajni atomskog jezgra, strukture protona i neutrona, sila koje svu tu gomilu čestica drže na okupu i još mnogo, mnogo toga. U akceleratorima se najčešće ubrzavaju elektroni, protoni i jezgra lakih elemenata (deuteroni i alfa čestice), ali postoje i akceleratori u kojima se ubrzavaju i teži joni (ugljenik, kiseonik, berilijum, neon, pa čak i olovo). Kapacitet ovih uređaja kreće se u granicama od 1-5000 m3/h. Koagulansi se dodaju u cjevovod tj.

22

komoru za miješanje, u uvjetima turbulentnog strujanja. Proces koagulacije i flokulacije odvija se u taložnicima ili akcelatorima, gdje je vrijeme boravka vode (retencija) oko 2 sata. Brzina strujanja vode u smjeru odozdo prema gore kreće se u granicama 2-4 m/h, što ovisi o sastavu vode, onečišćenju i temperaturi. U akcelatoru se ulazna sirova voda mješa s muljem kako bi se ubrzao proces flokulacije. Za dobar efekt flokulacije važno je imati uvijek izvjesnu količinu aktivnog mulja koji služi kao lebdeći muljni filter. Princip rada prvih akceleratora je vrlo jednostavan – potrebna je jedino razlika potencijala (npr. baterija) i čestica koju treba ubrzati. U svakom električnom polju naelektrisanje čestice kreću se u smeru ka suprotnom naelektrisanju (npr. elektroni, koji su negativni, kreću se od negativnom ka pozitivnom potencijalu) i tokom tog kretanja oni ubrzavaju i povećavaju svoju energiju. Ako bi pozitivan pol u ovom jednostavnom akceleratoru bio u obliku rešetke većina elektrona bi, ubrzana, prošla kroz rešetku i izletela iz ovog jednostavnog akceleratora. Na ovom principu radi TV ekran u kome se elektroni ubrzavaju u polju od oko 10.000 V, izleću i udaraju u ekran gde dovode do formiranja slike koju vidimo. I ako princip rada akceleratora deluje vrlo jednostavno, konstrukcija ovih uređaja je vrlo složen i skup proces. Takođe, i održavanje i upotreba akceleratora zahteva velika ulaganja a za rad je potrebna ogromna količina električne energije.

Vrste akceleratora, i princip rada

Van de Grafov akcelerator, koji spada u tzv. elektrostatičke akceleratore.Rad o vog akceleratora zasniva se na definiciji potencijala provodnika, prema kojoj je potencijal rad koji treba izvršiti da bi se jedinično naelektrisanje prenelo sa provodnika u beskonačnost.

Kokroft-Valtonov (Cockroft-Walton) akcelerator. Ovaj akcelerator je, u principu, sličan opisanom slučaju sa baterijom. Akcelerator se sastoji od izvora jona, akceleratorske cevi (u kojoj se vrši ubrzavanje), specijalnog izvora visokog napona koji je na specijalan način priključen na sistem akceleratorskih elektroda i sistema detektora. Suštinu ovog akceleratora čini upravo izvor napona i sistem elektroda koje ubrzavaju jone. Generator visokog napona se sastoji od dioda i kondenzatora

23

povezanih na specijalan koji omogućava postepeno povećanje napona na elektrodama u akceleratorskoj cevi. Ovo je vrlo stari tip akceleratora koji je vrlo jednostavno napraviti jer koristi standardne elektronske elemente. Ova dva pomenuta tipa akceleratora spadaju u prve linearne akceleratore. Današnji linearni akceleratori se konstruišu na nešto drugačiji način. U pravoj vakumskoj cevi, koja može da bude dugačka i nekoliko kilometara, nalaze se cilindrične elektrode koje su povezane na polove naizmeničnog izvora visokofrekventnog napona. Na početku cevi nalazi se izvor čestica koje treba ubrzati, dok je meta postavljena na drugi kraj cevi. Naelektrisane čestice se kreću od izvora ka meti. Dok se kreću između elektroda na njih deluje električno polje i ubrzava ih. Pretpostavimo da se u ovakvom akceleratoru ubrzava pozitivan jon. Na početku prva elektroda je negativna i privlači jon, koji počinje da ubrzava. Kad jon uleti u šupljinu elektrode ubrzanje prestaje i on nastavlja da se kreće ravnomerno, po inerciji. U trenutku kad čestica izađe iz prve elektrode menja se polarizacija elektroda i prva elektroda postaje pozitivna a druga negativna. Sada se proces ponavlja, jon ubrzava do druge elektrode, uleće u nju, kreće se po inerciji, i opet – kad jon napusti drugu elektrodu polarizacija se ponovo menja. Sada je prva elektroda opet naelektrisana negativno, druga pozitivno, treća negativno itd. Čestica nastavlja da ubrzava ka četvrtoj elektrodi i proces se ponavlja. Frekvencija napona se podešava tako da se ova promena polarizacije tačno poklopi sa izlaskom čestice iz elektroda, a dužina elektroda i razmak između susednih elektroda ravnomerno se povećava od prve elektrode pa na dalje. Brzina (tj. energija) koju će čestica imati na izlasku iz akceleratora najviše zavisi od dužine samog akceleratora – što je akcelerator duži, energija je veća. U ovom akceleratoru čestice se mogu ubrzati i do relativističkih brzina pa se, prilikom njihove konstrukcije, u obzir moraju uzeti i relativistički efekti porasta mase, kontrakcije dužine i dilatacije vremena. Najpoznatiji linearni akcelerator je SLAC.

Prvi tip kružnog akceleratora je ciklotron. Ovaj akcelerator ubrzava elektrone, protone i lake jone do energija pri kojima se relativistički efekti mogu zanemariti. Princip rada je vrlo jednostavan. Čestica koja se ubrzava kreće iz centra ciklotrona. Ona počinje da kruži. Kada se nađe između duanata, koji su različito naelektrisani, na nju deluje električno polje u ubrzava je. Ubrzana čestica uleće u šuplji duant, u kome magnetno polje savija njegovi putanju. Čestica se po polukružnoj putanje kreće i izlazi na drugi kraj polukruga. Dok je putovala po ovom polukrugu polaritet

24

duanata je promenjen i električno polje između njih opet ubrzava česticu i ceo proces se opet ponavlja. Ubrzavajući, čestica se kreće po spiralnoj putanji. U jednom trenutku poluprečnik putanje postaje veći od poluprečnika duanta i ona napušta akcelerator. Na mestu gde čestice napuštaju akcelerator postavlja se željena meta.

Sledeći tip kružnih akceleratora je betatron. Za ubrzanje elektrona ovaj akcelerator koristi vrtložno električno polje, koje se indukuje promenjlivim magnetnim poljem. Za razliku od ciklotrona gde su se čestice kretale po spiralnoj putanji kod betatrona elektroni opisuju kružne putanje stalnog poluprečnika. Konstrukcija betatrona je kombinacija elektromagneta i vakumske cevi u obliku torusa. Ovaj torus (đevrek) nalazi se između polova jakog elektromagneta. Promena jačine struje u namotajima elektromagneta dovodi do promene magnetnog polja, a promenljivo magnetno polje indukuje električno polje. Linije sila ovog polja imaju oblik kružnice, a pravac jačina polja je tangenta na putanju elektrona. Stalna orbita po kojoj se kreću elektroni omogućava veliki broj rotacija elektrona, a pri svakoj rotaciji elektron dobija sve veću i veću energiju. Betatron može da ubrza elektrone do energija između 1MeV i 50MeV. Najveći nedostatak betatrona su problemi koji nastaju prilikom izvođenja ubrzanih elektrona iz akceleratora. Možda jedan od najznačajnijih tipova akceleratora je sinhrotron. Ovo je kružni akcelerator sa česticama čije orbite imaju približno konstantan radijus, pri čemu se frekvenca električnog polja kojim se elektroni ubrzavaju ne menja, ali se menja intenzitet magnetnog polja koje održava stabilnost orbite. Ovaj tip akceleratora ima vrlo složenu konstrukciju i predstavlja verovatno jedan od najsloženijih uređaja na našoj planeti. Jedan od najvećih problema koji otežava konstrukciju sinhrotrona je tzv. sinhrotronsko zračenje.

U poslednjih nekoliko godina akceleratori su postali vrlo moćne mašine. Uspeli su da preseku atom na sitnije delove nego što je iko mogao i da zamisli pre nekoliko decenija. A istraživanja nastavljaju da idu dalje. Sledeće godine treba da počne sa radom najbolji akcelerator koji je ikada sagrađen. To je LHC u Ženevi. Eksperimenti koji su izvršeni na akceleratorima omogućili su nastanak i potvrdu tzv. standardnog modela elementranih čestica. Standardni model opisuje upravo ono za čime su ljudi godinama tragali, opsuje najjednostavnije gradivne jedinice od kojih je izgrađen svet oko nas. Ali, logično je zapitati se da li je to stvarno kraj. To još uvek niko ne zna, fizika čestica nastavlja da se razvija, postoji još mnogo

25

pitanja za koja su odgovori još uvek sakriveni, a dalja istraživanja dovešće sigurno i do novih pitanja i novih problema. Ali, sve to je neka druga priča, o standardnom modelu i onome što dolazi posle toga nekom drugom prilikom.

26