1

www.skripta.info

Skripta iz Otpadnih voda

1. Karakteristike i podela otpadnih voda.

Otpadnim vodama nazivaju se sve one vode koje su promenile svoje karakteristike, odnosno vode koje izlaze iz industrijskih postrojenja, rudnika, komunalnih postrojenja, poljoprivrede i koje u sebi sadrže rastvorne ili suspendovane kontaminante koji mogu da zagade površinske i podzemne vodne resurse.

Kontaminanti mogu biti: • Suspendovane čestice; • Joni metala – katjoni (Hg, Pb, Cd, Be, Cu, Ag, Te, Se, Fe, Mn, Co, Ni, ... ) • Joni metala - anjoni (CrO4, MnO4, PtCl4, SeO3, SeO4, TeO4, Au(CN)4, ... ) • Joni nemetala – anjoni (NO3, NO2, SCN, PO4, ... ) • Organska jedinjenja; • Mikroorganizmi;

Zagađivači vode mogu biti:

Hemijski – kiseline, alkalije, razne soli, pesticidi, deterdzenti, fenoli i dr.

Biološki – bakterije, virusi, alge, fekalije, i dr.

Fizički – toplota, boja, miris, radioaktivnost, suspendovane čvrste materije, pesak, mulj i sl.

Svi zagađivači otpadnih voda mogu se podeliti u tri vrste:

- neorganske materije,organske materije i gasovi. Sve tri vrste zagađujućih materija u otpadnim vodama pojavljuju se u tri oblika:

- rastvorenematerije, koloidii suspendovanematerije. Štetno dejstvo zagađivača obično se posmatra sa tri aspekta:

- Uticaja na vodoprijemnike - Uticaja na sistem za odvođenje (kanalizacioni sistem) - Uticaja na sam postupak prečišćavanja otpadne vode

2

Vrste zagađivača vode i njihov uticaj na postrojenje, procese i ljudstvo

Kvantitativne karakteristike otpadnih voda;

Kod tačkastih zagađivača količine se obično definišu na sledeće načine: – Prema količini upotrebljene vode (potrošnja vode) – Merenjem ispuštene otpadne vode – Procenom na osnovu poređenja sa sličnim potrošačima ili na osnovu literaturnih podataka.

Protok gradskih otpadnih voda zavisi od: – sistema kanalizacije – udela otpadnih voda manjih industrija i zanatskih pogona – dužine kanalizacione mreže – nivoa standarda – stanja kanalizacione mreže.

Veoma čestose usvaja da je količina otpadne vode jednaka količini upotrebljene vode. Najbolji pristup jeste kontinualno merenje ispuštenih otpadnih voda.

3

Karakteristike otpadnih voda: (kvalitativne) FIZIČKE

• Izgled otpadne vode, boja, mutnoća • Miris • Ukus • Temepratura (varira tokom godine, bitna za određivanje rastvorenog kiseonika) • Koncentracija ukupnih čvrstih, suspendovanih i rastvorenihmaterija.

Obojenost voda je posledica prisustva rastvorenih ili koloidno dispergovanih organskih materija. Pod mutnoćom vode se podrazumeva sadržaj suspendovanih i koloidnih čestica koje ometaju prolaz svetlosti kroz nju. Prirodne vode po ukusu mogu biti slane ( zbog viška natrijum –hlorida), gorke ( zbog prisustva soli magnezijuma), slatke i kisele. Miris može da im bude prirodnog ili veštačkog porekla.

Suspendovane materije mogu biti lakše i teže od vode; teoretski: taložive suspendovane materije istalože se u mirnoj vodi; praktično: taložive suspendovane materije one koje se istalože za dva sata. Javljaju se u mnogim otpadnim vodama i utiču na odvijanje određenih procesa prečišćavanja, takođe i na recipijente.Nestabilne zagađene vode su one koje sadrže veliku količinu čvrstih materija, naročito organskog porekla, dok zagađena voda sa malo čvrstih materija može da se okarakteriše kao stabilna.

Razlikujemo: – suspendovane i – rastvorljive čvrste materije.

Suspendovane materije u vodi su 70 % organskog ili 30 % neorganskog porekla.

Suspendovane materije javljaju se:

– kao rezultat prirodnih procesa – usled ljudskih aktivnosti, iz: gradskih otpadnih voda, industrijskih otpadnih voda i difuznih izvora (poljoprivredne aktivnosti, seča šuma, spiranje sa urbanih površina). • Zagađuju vodu estetski, ekološki i zdravstveno. • Talože se u mirnim vodama i ugrožavaju živi svet na dnu voda, a i smanjuju prozirnost vode.

Rastvorljive materije u celini sadrže oko 40 % organskih i 60 % neorganskih materija. Rastvorene materije posledica su rastvaranja prolaskom padavina kroz atmosferu, oticanjem po površinskom ili podzemnomsloju zemlje.Takođe su deo otpadnih voda domaćinstava i industrija. HEMIJSKE

4

Hemijski pokazatelji kvaliteta voda su pH,hemijska potreba kiseonika (HPK),biohemijska potreba kiseonika (BPK), sadržaj raznih oblika azota, p i m-alkalitet, tvrdoća vode, sadržaj ugljen-dioksida, sulfata, hlorida, rastvorenog kiseonika,gvožđa, mangana, silicijuma itd. Biohemijska potreba kiseonika je količina kiseonika u mg/l, potrebna da se u uslovima ogleda (20 stepeni i u tami) u datom periodu obezbedi oksidacija biorazgradivih organskih materija. Za potpunu oksidaciju obično treba 21 do 28 dana tako da se određuje konačna BPK ili BPK21 ili BPK28. Da se ne bi dugo čekalo, usvojeno je da se BPK21 zameni sa PBK5 tj. sa količinom kiseonika utrošenom za 5 dana inkubacije.

Oksidacija organskih materija je najintenzivnija u prvih 5 dana i stoga se i koristi vrednost BPK5. Po našim propisima, kvalitet površinskih voda prema BPK je: – I klasa < 2 mg O2/L – II klasa < 4 mg O2/L – III klasa < 7 mg O2/L – IV klasa < 20 mg O2/L

HPK-hemijska potrošnja kiseonikaje hemijski potrebna količina kiseonika za oksidaciju

svih oksidabilnih materija, hemijskim putem. HPK se najčešće izražava potrošnjom O2 u mg/l.

Odnos HPK/BPK5:

Prisutnost biološki nerazgradivih materija u otpadnoj vodi manifestuje se većom vrednošću HPK u odnosu na BPK. U biološki nerazgradive organske materije spadaju: celuloza, ugljena prašina, lignin, tanin i većina od niza sintetičkih organskih jedinjenja. HPK je uvek veće ili jednako BPK. Odnos HPK/BPK5 karakteristika je pojedine otpadne vode, i u zavisnosti od sastava može bitirazličit i utvrđuje se laboratorijskim postupcima.

TOC-ukupni organski ugljenik je mera sadržaja vezanog ugljenika u otpadnoj vodi. TOC se određuje merenjem količine CO2nastalog oksidacijom organskog ugljenika.

Rastvoren kiseonik u vodi je značajan zbog biološke oksidacije i kapaciteta samoprečišćavanja prirodnih voda.

Rastvoreni gasovi

Zagadjena voda sadrži različite gasove: kiseonik, ugljen-dioksid, azot, sumpor-vodonik i dr. Kiseonik koji se nalazi rastvoren u vodi za piće tako dospeva u kanalizaciju, a jedan deo kiseonika se dobija kontaktom vazduha i površine zagadjene vode kao i procesom fotosinteze. Zagadjena voda često sadrži i ugljen-dioksid koji nastaje u procesu dekompozicije organskih materija, zatim azot iz atmosfere, sumpor-dioksid koji nastaje dekompozicijom organskih i nekih neorganskih sumpornih jedinjenja. Ovi gasovi, mada se nalaze u malim količinama, imaju važnu ulogu u dekompoziciji i tretiranju čvrstih materija.

5

Azotna jedinjenja

N i P ulaze u sastav žive materije i mnogih organskih i neorganskih materija. Azot se javlja u nekoliko formi, koje se menjanju biohemijskim procesima u sledećim mikrobiološkim procesima: – amonifikacija – fiksacija – asimilacija – nitrifikacija – denitrifikacija.

Fosforna jedinjenja

Najznačajnija forma fosfora su orto-fosfati(PO43+). Fosfor dolazi u otpadne vode, kao sastavni deo deterdženata i veštačkih đubriva, a u manjoj meri i organofosfornih insekticida. Mnoge otpadne vode imaju deficit nutrijenata (šećerane, koksare, rafinerije nafte), tako je nekada potrebno dodavanje ovih elemenata.

Alkalitet se najčešće definiše kao sposobnost nekog rastvora da neutralizuje kiseline.

Aciditet predstavlja stepen kiselosti nekog rastvora.Alkalitet i aciditet su mera potencijalne kiselosti, odnosno bazičnosti.

Alkalitet vode je posledica prisustva hidroksilnih, karbonatnih i hidrogenkarbonatnih jona zajedno sa jonima drugih slabih kiselina. Ukupni alkalitet, poznat kao m-alkalitet jednak je zbiru karbonatnog (KA), hidrogenkarbonatnog, odnosno bikarbonatnog (BA) i hidroksilnog (HA alkaliteta.

m = KA + BA + HA Pod tvrdoćom vode se podrazumeva isključivo sadržaj kalcijumovih i magnezijumovih

jona u ravnoteži sa svim prisutnim anjonima.

BIOLOŠKE-Vrste i broj organizama koji žive u prirodnoj vodi određuju njen biološki i bakteriološki kvalitet. Biološki pokazatelji otpadnih voda: • Toksičnost • Biorazgradivost • Bakteriološko zagađenje

Toksičnostuglavnom nastaje od organskih materija, koje mogu biti toksične za mikroorganizme.Toksikološkim testovima se utvrđuje toksično delovanje na mikroorganizme, koji su najznačajniji u procesu prečišćavanja. Merenje toksičnosti jedan je od ključnih parametara za određivanje stepena i vrste predtretmana otpadnih voda u industrijama.

6

Biorazgradivost je važan parametar za utvrđivanje mogućnosti biološkog prečišćavanja otpadnih voda. Predstavlja proces prevođenja hemijskih jedinjenja do neškodljivih materija delovanjem mikroorganizama.Biorazgradivost se može definisati odnosom BPK5/HPK. Biološki tretman otpadnih voda je efikasan kada je BPK5/HPK > 0,5.

Bakteriološko zagađenje- zagađena voda sadrži veliki broj živih organizama od kojih je većina mikroskopskih veličina.Razlikujemo bakterije (parazitske i saprofitne) i kompleksnije organizme. Makroskopski organizmi se mogu videti golim okom, to su pre svega crvi i insekti različitog stepena razvoja. Oni aktivno deluju u procesu prečišćavanja, dok se neki pretežno nalaze u vodotokovima koji su jako zagađeni. Parazitne bakterije normalno žive na račun drugihživih organizama (domaćina). Izdvajaju se posebni tipovi koji za vreme njihovog razvoja u telu domaćina produkuju toksična jedinjenja – patogene bakterije. Saprofitne bakterije hrane se mrtvim organskim materijama. One formiraju otpadne supstance koje se sastoje od organskih i neorganskih materija. Saprofitne bakterije mogu biti aerobne, anaerobne i fakultativne i svaka od njih ima specifičnu ulogu u razgradnji organskih materija u zagađenoj vodi. Podela otpadnih voda

Klasifikacija otpadnih voda:

a. po načinu nastajanja (industrijske i komunalne);

b. po sastavu;

c. prema zahtevima za čistoćom;

d. zakonska regulativa u ovoj oblasti.

U praksi se razmatraju tri osnovne vrste otpadnih voda: komunalne (otpadne vode iz domaćinstava), industrijske otpadne vode otpadne vode sa poljoprivrednog zemljišta.

7

Opšte karakteristike komunalnih i industrijskih otpadnih voda Karakteristika Komunalne otpadne vode Industrijske otpadne vode Nastanak Nastaju kao rezultat kućne

delatnosti i fizioloških izlučevina ljudi.

Nastaju u tehnološkim procesima proizvodnje, usled transporta otpadaka i gubitaka sirovina i reagenasa.

Količina Zavisi od potrošnje vode u naseljima za sanitarne i fiziološke potrebe.

Zavisi od potrošnje vode u tehnološkim procesima, može značajno varirati.

Režim ispuštanja Zavisi od tipa i karakteristika naselja,stepen neravnomernosti ograničen.

Veoma različit, u zavisnosti od karakteristika tehnološkog procesa.

Fizičke karakteristike Približno konstantne. Veoma različite, u zavisnosti od vrste industrije.

Hemijske karakteristike Približno konstantne, preovlađuju organske materije.

Mogu biti veoma različite.

Suspendovane materije Približno konstantan sadržaj i karakteristike.

Veoma različit sadržaj i karakteristike.

pH vrednost Neutralna ili slabo bazična. Veoma različita, varira od veoma kiseledo veoma bazične.

Toksičnost Nije izražena. Može se javiti u visokom stepenu.

Varijacija karakteristika Nije značajna, a varijacije u koncentracijama posledica su potrošnje vode.

Veoma izražena, sličan sastav otpadnih voda može se naći kod industrija istog ili sličnog tipa.

Higijenska značaj Uvek opšte sanitarni, većinom epidemiološki.

Uvijek opšte sanitarni,često toksikološki, izuzetno epidemiološki.

Metode prečišćavanja Uglavnom uvek biološke metode.

Veoma različite – mehaničke, fizičko-hemijske, biološke.

Komunalne otpadne vode nastaju kao rezultat životne aktivnosti stanovništva i odpratećih delatnosti koje se odvijaju. Otpadne vode u okviru domaćinstva nastaju odpripreme hrane, lične higijene, pranja prostorija, saobraćaja, vozila i zanatske delatnosti i manje industrije koje svoje otpadne vode najčešće priključuju na kanalizacionu mrežu naselja.

Otpadne vode naselja najviše karakteriše velika bakteriološka zagađenost koja najvećim delom potiče od ljudskih funkcija. One mogu da sadrže uzročnike zaraznih bolesti i parazita.

Kvalitet komunalnih otpadnih voda u jednom naselju zavisiti od:

• Načina življenja stanovništva i njihovog životnog standarda. • Načina odvođenja otpadnih voda, tj. da li je sistem separatan ili zajednički sa

atmosferskom

8

kanalizacijom. • Obima i vrste industrije koja se nalazi u naselju, tj. ako se industrijske otpadne vode

kanališu zajedno sa komunalnim, od stepena u kojem je urađen predtretman industrijskih otpadnih voda.

Imaju relativno ujednačen sastav i ukupan sadržaj zagađivača. Komunalne otpadne vode odlikuju se: - umerenim koncentracijama biološki razgradivih organskih materija u suspendovanom rastvorenom obliku kao i znatnim sadržajem azotnih i fosfornih jedinjenja. Glavni pokazatelji kvaliteta komunalnih otpadnih voda su:

• sadržaj ukupnih čvrstih materija, • biohemijska potreba kiseonika (BPK5), • ukupni organski ugljenik (TOC), • hemijska potreba kiseonika (HPK), azot, fosfor, hloridi, alkalitet (kao CaCO3) i masnoće.

Deo ogranskih i neorganskih materija se nalazi u suspendovanom stanju. Približno jedna trećina ovih materija odvaja se primarnim taloženjem. Komunalne otpadne vode sadrže mikroorganizme od kojih su neki patogeni i mogu izazvati

tipična crevna oboljenja (tifus, paratifus, dizenterija, kolera).

Specifični zagađivači koji mogu da uticati na prirodne biološke procese u recipijentu su azot,

fosfor i masnoće.

Danas se za prečišćavanje komunalnih otpadnih voda u praksi koriste uglavom dva osnovna načina obrade:

o fizičko - hemijski postupci, o biološki postupci obrade koji se mogu primeniti alternativno.

I stepen: prethodna obrada i bistrenje, čime se postiže se efikasno uklanjanje suspendovanih i

koloidno dispergovanih otpadnih materija, kao i uklanjanje fosfora.

II stepen: procesom adsorpcije na granulisanom aktivnom uglju uklanja se najveći deo

rastvorenih organskih materija.

Na fazu bistrenja može se uticati izborom koagulanata (npr. kreč) ili izborom mehaničke opreme,

pri čemu se najčešće koriste dva sistema:

9

Konvencionalni sistem za bistrenje, koji se sastoji od koagulacije, flokulacije i separacije

čvrsto tečno,

Kontakt sistemi za bistrenje

Proces separacije čvrstih suspendovanih materija najčešće se sastoji od klasičnog taloženja,

flotacije ili brzog taloženja.

Principijelna šema fizičko-hemijske obrade komunalnih voda

Otpadne vode poljoprivrede

Potiču prvenstveno sa stočnih farmi i velikih poljoprivrednih dobara na kojima se primenjuje đubrivo, pesticidi i herbicidi.

Količina i sastav tečnog stajnjaka na jednoj farmi zavisi od više faktora:

- brojno stanje stoke, - tehnologija ishrane, - način izđubrivanja i sl. Glavna karakteristika tečnog stajnjaka: - visoko organsko zagađenje. - znatan deo prisutnih organskih materija nalazi se u taložnom suspendovanom obliku. Posebna karakteristika ovih otpadnih voda:

10

- visok sadržaj amonijaka, usled čega imaju izražen alkalni karakter. Industrijske otpadne vode Zavisno od prirode i koncentracije zagađivača koje sadrže, industrijske otpadne vode dele se na: otpadne vode sa velikim organskim zagađenjem(prehrambenaindustrija); otpadne vode sa velikim organskim zagađenjem i velikomtoksičnošću(proizvodnja

celuloze, rafinerije nafte); otpadne vode sa niskim organskim zagađenjem i velikom toksičnošću(metalo-

prerađivačka, hemijska i rudarska industrija); termički zagađene otpadne vode (proizvodnja gvožđa i čelika)

Industrijske otpadne vodepostaju sve veći problem i sve veći su zagađivači površinskih, a

posebno podzemnih voda. Najčešće i najznačajnije količine otpadnih vode potiču iz sledećih grana industrije: hemijske, metaloprerađivačke, prehrambene, tekstilne, papirne, kožarske.Gradske otpadne vode su mešavina industrijskih i komunalnih otpadnih voda.

Industrijske otpadne vode sadrže razne hemijske toksične supstance. Njihove količine i vrste zavise od niza faktora, pre svega od prirode industrijskih procesa. Količina industrijskih otpadnih voda varira od doba dana i noći, a zavisi i od niza drugih faktora.

Industrijske otpadne vode imaju promenljiv sastav. Najčešći zagađivači su: neorganske soli, kiseline i baze, organske materije, suspendovane

materije, plivajuće čvrste i tečne materije, boje, toksične materije, mikroorganizmi, radioaktivne materije, penušave (površinsko aktivne) materije i tople (termički zagađene) vode.

11

2.Zahtevi za kontrolom kvaliteta otpadnih voda

Otpadnim vodama nazivaju se sve one vode koje su promenile svoje karakteristike, odnosno vode koje izlaze iz industrijskih postrojenja, rudnika, komunalnih postrojenja, poljoprivrede i koje u sebi sadrže rastvorne ili suspendovane kontaminante koji mogu da zagade površinske i podzemne vodne resurse.

Kontaminanti mogu biti: • Suspendovane čestice; • Joni metala – katjoni (Hg, Pb, Cd, Be, Cu, Ag, Te, Se, Fe, Mn, Co, Ni, ... ) • Joni metala - anjoni (CrO4, MnO4, PtCl4, SeO3, SeO4, TeO4, Au(CN)4, ... ) • Joni nemetala – anjoni (NO3, NO2, SCN, PO4, ... ) • Organska jedinjenja; • Mikroorganizmi;

Štetno dejstvo zagađivača obično se posmatra sa tri aspekta:

• Uticaja na vodoprijemnike • Uticaja na sistem za odvođenje

(kanalizacioni sistem) • Uticaja na sam postupak

prečišćavanja otpadne vode Zašto je problem uklanjanja jona metala iz otpadnih voda tako značajan? Dva osnovna kriterijuma bi morala da se ispune da bi se metal uklanjao iz otpadne vode:

• Da metal bude prisutan u količini koja bi mogla ozbiljno da ugrozi zdravlje ljudi i okolinu;

• Da ciljani metal ima dovoljno

visoku komercijalnu vrednost, da njegovom prodajom budu pokriveni troškovi uklanjanja.

Kada su oba kriterijuma ispunjena, javlja se izražena potreba da se pristupi tretmanu otpadne vode, primenom neke postojeće tehnologije, ili da se razvije novi tehnološki postupak. Problem uklanjanja i recikliranja metala iz otpadnih voda je veoma složen!

12

U čemu je značaj otpadnih voda i zahteva za njihovim procesiranjem?

Prisutni kontaminanti mogu značajno zagaditi prirodne vodene tokove, ili mogu da prodru do podzemnih vodenih rezervoara, trajno ih oštećujući. Kontaminanti utiču na floru i faunu vodenih tokova, a preko njih i na ljude i na njihovo zdravlje. Deponuju se u priobalju i odatle deluju na biljni i životinjski svet. Odlaze do mora gde se trajno deponuju, utičući na prisutni živi svet u njima.

Različiti su zahtevi za čistoćom otpadnih voda nakon njihovog procesiranja, zavisno od toga gde se takva voda dalje upućuje:

1. Ispušta se u neki prirodni vodotok (recipijent); 2. Recirkuliše nazad u tehnološki proces.

Ili npr. ako se prečišćava u vodu za piće.

Ukoliko se otpadna voda recirkuliše nazad u tehnološki proces, zahtevi za njenim prečišćavanjem su mnogo liberalniji.

Takve otpadne vode se parcijalno prečišćavaju.

Iz takve otpadne vode uklanjaju se samo one komponente čije bi prisustvo moglo da utiče na tok procesa ili na kvalitet proizvoda. Nivo tih komponenti se drži u granicama dozvoljenog intervala.

Zahtevi za čistoćom definisani su zakonskim propisima:

• Zakon o vodama; • Zakon o zaštiti životne sredine; • Zakon o izgradnji objekata; • Uredba o klasifikaciji vodotokova; • Uredba o kategorizaciji vodotokova; • Pravilnik o opasnim materijama u vodama; • Odluka SO o sanitarno-tehničkim uslovima za ispuštanje otpadnih voda u javnu

kanalizaciju;

Strategija ↓ Možda zahtevi malo↑

KAKO PRERADITI OTPADNE VODE?

Otpadne vode – težak i izazovan problem!

13

Postoji čitav niz različitih optadnih voda koje sadrže: · • Različite jone metala;

· U različitim valentnim stanjima;

· Različite su koncentracije jona u vodama;

· Različite su pH vrednosti voda; · Različite su količine /zapremine

ili protoci/, koje treba da se procesuiraju; · Različiti su zahtevi za

stepenom uklanjanjapojedinih jonskih vrsta iz otpadnih voda – za njihovom čistoćom na izlazu iz postrojenja; …

Pristup problemu:

• Definisanje otpadne vode – sastav i promena sa vremenom; fizičke karakteristike; pH; protok/količina po mestima nastajanja; variranje izdašnosti izvora; ...

• Definisanje kontaminanata – teški metali, organici, mikroorganizmi; • Definisanje lokacije/lokacija nastajanja; • Definisanje zahteva za nivoom prečišćavanja; • Definisanje recipijenta – kategorija vode; srednji sastav, max/min protok;

okruženje/priobalje (naselja, zemljište; ...); drugi potencijalni zagadjivači;

Krajnji rezultat - Projektni zadatak i/ili strategija prerade!

Strategija prerade otpadnih voda:

• Gde presresti otpadnu vodu i tretirati je? • U slučaju više izvora, da li tretirati svaki izvor pojedinačno, ili kolektirati više izvora i

tretirati dobijenu rezultujuću otpadnu vodu? • Kuda sa prečišćenom vodom – reciklirati je, ili ispustiti u recipijent? • Šta sa ostalim proizvodima prerade otpadne vode? (mulj) • Ekonomika prerade!!

Izrada strategije prerade odrediće i taktički pristup preradi – metode prerade.

Tretman otpadne vode zavisi od njene upotrebe:

• Prečišćavanje za domaću upotrebu (municipal use)

• Prečišćavanje za specifičnu industrijsku upotrebu (industrial use)

• Prečišćavanje otpadne vode da bi se mogla ispustiti u vodotok ili ponovo koristiti u procesu (disposal)

14

Izbor polutanata u otpadnoj vodi koji treba ukloniti i potreban nivo njegovog uklanjanja se rešava za svaki slučaj ponaosob. Pri tome se moraju uzeti u obzir:

1. Uslovi okoline 2. Primeniti odgovarajuća naučna

saznanja 3. Voditi računa o iskustvima iz

prakse 4. Voditi računa o zakonskoj

regulativi koja se odnosi na normiranje maksimalno dozvoljenih koncentracija (MDK) zagađujućih materija pojedinih efluenata ( efluenata koji se ispuštaju u javnu kanalizaciju ili u vodoprijemnik).

Postojeći procesi imaju svojih ograničenja u pogledu prečišćavanja, tako da ne postoji jedan univerzalni tehnološki postupak primenljiv na sve otpadne vode. Kombinovanje različitih postupaka! OSNOVI PROJEKTOVANJA POSTUPAKA ZA PROCESIRANJE OTPADNIH VODA

• Definisanje početnog stanja otpadnih voda- projektni podaci;

• Strategija prečišćavanja otpadnih voda.

• Kontrola kvaliteta otpadnih i procesiranih voda.

• Izrada elaborata – projekta za procesiranje otpadnih voda.

15

3. Metode prečišćavanja otpadnih voda(prvo strategija možda da se priča) Postojeći postupci prečišćavanja otpadnih voda 1. Fizičkipostupci prečišćavanja – uglavnom uklanjanje suspendovanih čestica; 2. Hemijskipostupci prečišćavanja: - Neutralizacija; - Precipitacija; - Destruktivnipostupci; - ...... 3. Fiziko-hemijskipostupci prečišćavanja: -Adsorpcioni/hemisorpcioni postupci; - Ekstrakcioni postupci; - Flotacioni postupci; - Membranski postupci; - Elektrohemijski postupci. 4. Biohemijskipostupci prečišćavanja: 5. Kombinovanipostupci prečišćavanja:

Naravno, proces prečišćavanja otpadnih voda je složen i u većini slučajeva zahteva korišcenje više uzastopnih postupaka. Koje će metode u ovim postupcima biti primenjene i kojim redosledom, zavisi od toga koje zagadujuće supstancije sadrži otpadna voda kao i u kom stepenu one treba da budu uklonjene. Iz tog razloga proces precišcavanja otpadne vode može se podeliti na :

16

1. Primarno precišcavanje, 2. Sekundarno precišcavanje, 3. Tercijarno precišcavanje, pri čemu sa svakim stepenom prečišcavanja raste kvalitet prečišcene vode. Tretman otpadne vode zavisi od njene upotrebe: (od zahteva za čistoćom)

• Prečišćavanje za domaću upotrebu (municipal use)

• Prečišćavanje za specifičnu industrijsku upotrebu (industrial use)

• Prečišćavanje otpadne vode da bi se mogla ispustiti u vodotok ili ponovo koristiti u procesu (disposal)

Izbor polutanata u otpadnoj vodi koji treba ukloniti i potreban nivo njegovog uklanjanja se rešava za svaki slučaj ponaosob. Pri tome se moraju uzeti u obzir:

5. Uslovi okoline 6. Primeniti odgovarajuća naučna

saznanja 7. Voditi računa o iskustvima iz

prakse 8. Voditi računa o zakonskoj

regulativi koja se odnosi na normiranje maksimalno dozvoljenih koncentracija (MDK) zagađujućih materija pojedinih efluenata ( efluenata koji se ispuštaju u javnu kanalizaciju ili u vodoprijemnik).

17

0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000 10000 100000 1000000

contaminant concentration (mg/l)

BIOSORBENTS

ION EXCHANGE MEDIA

MEMBRANE PROCESS

SOLVENT EXTRACTION

CHEMICAL PRECIPITATION

FLOTATION

Razlikujemo 4 stepena prečišćavanja otpadnih voda: I stepen ( primarno prečišćavanje): Mehaničko prečišćavanje koje obezbeđuje uklanjanje taloživih i plivajućih materija. II stepen ( sekundarno prečišćavanje): Biološko prečišćavanje koje obezbeđuje uklanjanje rastvorenih organskih materija, koloidnih i netaloživih čvrstih materija.

18

III stepen ( tercijarno prečišćavanje): Uklanjanje nutritijenata (azotnih i fosfatnih materija). IV stepen ( kvaternerno prečišćavanje): Završno prečišćavanje radi uklanjanja preostalog opterećenja i dezinfekcija vode ukoliko je potrebna.

Primarno prečišćavanje može da obuhvata postupak ujednačavanja količine i opterećenja

otpadnih voda, postupke uklanjanja krupnog materijala iz otpadnih voda, lako taloživih suspendovanih čestica, slobodnih ulja i masti, suspendovanih čestica.

Može se reći da je primarno prečišćavanje otpadnih voda u stvari prethodna obrada koje se koristi u prvom redu sa ciljem zaštite i/ili olakšavanja daljeg procesa prečišćavanja.

Primarnim prečišćavanjem se voda ne može prečistiti do stepena koji dopušta njeno direktno ispuštanje u recipijent.

Sekundarno prečišćavanje obuhvata postupke uklanjanja koloidno dispergovanog i

rastvorenog biološki razgradljivog organskog zagađenja. Ti procesi su zasnovani na aktivnosti odgovarajuće mikroflore, koja koristi biološki razgradljive organske materije zagađenja kao svoj supstrat. Sekundarnim prečišćavanjem se u većini slučajeva otpadna voda prečišćava do stepena da se može ispustiti u recipijent. Međutim, sekundarnim prečišćavanjem se iz otpadne vode ne uklanjaju u dovoljnoj meri nutritijenti, odnosno materije koj sadrže azoti fosfor I koji su

19

uzročnici eutrofikacije prijemnika vode, tako da se u slučaju da je recipijent sekundarno prečišćenih voda’podložan eutrofikaciji, mora primneniti i tercijerno prečišćavanje, sa ciljem uklanjanja nutrijenata. Može se uključiti u sistem sekundarnog prečišćavanja ili izvesti kao poseban stepen prečišćavanja nakon sekundarnog.

Tercijarno prečišćavanje sastoji se od uklanjanja nutritijenata, azota i fosfora, koji su glavni uzročnik eutrofikacije prijemnika prečišćenih otpadnih voda; ili se tercijerno prečišćavanje izvodi kao posebna faza procesa prečišćavanja, nakon sekundarnog prečišćavanja. Tercijerno prečišćavanje se nameće kao neminovnost ukoliko se prečišćena otpadna voda ispušta u prijemnik koji je osetljiv na eutrofikaciju, jer se u tom slučaju pooštravaju norme za sadržaj azota i fosfora u (sekundarno) prečišćenoj otpadnoj vodi. U pojedinim slučajevima, ukoliko mikroflora prečišćene vode može u značajnoj meri negativno da utiče na mikrofloru prijemnika, neophodno je izvesti i dezinfekciju prečišćene otpadne vode, za šta se u savremenoj praksi preporučuje prevođenje prečišćene otpadne vode preko posebno konstruisanih UV-lampi.

4. Uklanjanje suspendovanih čestica iz voda taloženjem-bistrenjem.

Zašto je bitno da se iz otpadnih voda uklone suspendovane nečistoće?

1. Iz estetskih razloga 2. Suspendovane čestice mogu da sadrže teške metale u obliku soli, hidroksida ili oksida

20

3. Suspendovane čestice mogu biti organskog porekla, pa svojom naknadnom hemijskom degradacijom da menjaju sastav vode sa vremenom.

4. Prisustvo suspendovanih čestica može da utiče na efikasnost narednih procesa ili operacija prečišćavanja otpadnih voda

(cementacija, jonska izmena, solventna ekstrakcija itd.)

Taloženje je razdvajanje dve faze zbog njihove razlike u gustini. Na brzinu taloženja utiču sledeći faktori: • razlika u gustini između dve faze, • viskozitet okolne tečnosti, • prečnik čestica koje se odvajaju. Taloženje se primenjuje u sledećim slučajevima: – Uklanjanje peska i zrnastog materijala – Uklanjanje suspendovanih čestica (primarni taložnici) – Uklanjanje biomase (sekundarni taložnici) – Uklanjanje hemijskog taloga nastalog koagulacijom – Koncentracijom otpadnog mulja u zgušnjivačima Osnovni cilj taloženja je dobijanje sa jedne strane bistrog efluenta, sa što je moguće nižim sadržajem suspendovanih materija, a sa druge strane što zgusnutijeg taloga, tj. mulja.

Šta je mera količine suspendovanih nečistoća?

Koncentracija čvrstih čestica-masa čvrste faze po jedinici zapremine otpadne vode ( g/dm3)

Određivanje:

-Turbidimetrijski – mutnoća vode

-Sedimentacijom, sušenjem i merenjem čvrste mase

-Centrifugisanjem/filtriranjem, sušenjem i merenjem čvrste mase

Broj čestica po jedinici zapremina primenjuje se kod određivanja koncentracije mikroorganizama.

Određivanje brzine taloženja u slučajevima kada nije moguće proceniti teorijsku vrednost – oblik čestica, neujednačena gustina čestica, neujednačena veličina čestica

21

Brzina taloženja može se računati primenom Stokes - ove jednačine: u = gde je: u= brzina taloženja čestica, dp= prečnik čestice, m

= gustina čestica,

= gustina vode, g= ubrzanje usled gravitacije, µ = viskozitet tečnosti, Pa·s

22

U čemu se izvodi bistrenje?

• Bazeni za bistrenje • Rezervoari – skladišni rezervoari • Jalovišta • Veštačka jezera

Dužina, širina i dubina jalovišta, taložnika ili drugih objekata za bistrenje određuje se:

• Na bazi neposrednog eksperimenta • Na osnovu veličine i tipa postrojenja za tretman voda, proračunom zapremine nastalih

otpadnih voda, odnosno brzine protoka • Neophodnog vremena stajanja (taloženja) • Potrebnog stepena bistrenja

Kako povećati efikasnost taložnika?

• Povećanjem površine taloženja ( ograničeno troškovima izgradnje- povećanje površine znači efikasnije bistrenje ali i veća investiciona ulaganja u objekat)

• Smanjenje viskoznosti tečne faze ( povećanjem/održavanjem temperature vode; Moguće je za manje količine voda , ali se retko praktikuje)

• Povećanjem veličine čestica (koagulacija, flokulacija, fizička obrada voda)

23

Izgled paralelopipednog bazena za bistrenje sa komorama za dodavanje koagulanta/flokulanta

Vrste taložnika – Podela po režimu rada Periodični - za male potrošnje i periodično prikupljanje otpadnih voda; metalni iili gvozdeno-betonski rezervoari sa konusnim ili ravnim dnom gde se posle taloženja dispergovanih materija dekantacija bistre vode vrši pomoću sifonske cevi ili slavine koja se nalazi iznad nivoa taloga. Kontinualni – za veće količine otpadnih voda Mogu biti:

• Horizontalni • Vertikalni • Radijalni • Tankoslojni

Horizontalni taložnici su pravougaoni rezervoari, dubine H=1,5-4m, dužine 8-12H,

ponekad i 20H. Horizontalna brzina kretanja vode u taložniku ne prelazi 10-12 mm/s, a za otpadne vode koje sadrže hidrokside Al i Fe, kreće se u granicama od 3-5 mm/s. Vreme taloženja kreće se od 1-3h.

24

Tankoslojni taložnici se razlikuju od horizontalnih malom dubinom zone taloženja čime

se obezbeđuje bistrenje vode u vremenu od 4 do 10 minuta. Po konstrukciji mogu biti cevasti i pločasti.

Za odvajanje teških nerastvornih primesa ( prvenstveno peska) koriste se taložnici za pesak (zadržavaju i materije organskog porekla). Prema načinu kretanja vode mogu biti vertikalni i horizontalni, a često se dele na taložnike sa pravolinijskim i kružnim kretanjem vode.

Radijalni taložnici (izbistrivači) su okrugli rezervoari prečnika do 60 m. Voda se kreće po radijusu, od centra ka periferiji (brzina vode najveća u centru, najmanja na periferiji). Otpadna voda se u radijalni taložnik ubacuje kroz centralni deo za razdvajanje, a bistra voda se sakuplja užlebovima na periferiji taložnika. Dubina protočnog dela iznosi 1,5-5 m, a odnos prečnika i dubine se kreće od 6 do 30. Vreme taloženja iznosi 1,5 do 2 h.

25

Primarnom sedimentacijom se omogućava taloženje diskretnih organskih i neorganskih suspendovanih čestica koje se iz sistema izdvajaju u obliku mulja. Efluent primarnih taložnika karakteriše smanjena koncentracija suspendovanih materija oko 50-70%, BPK opterećenja oko 25-40% i nepromenjena ili neznatno povećana koncentracija amonijačnog azota čime se olakšava dalje prečišćavanje i smanjuje opterećenje uređaja. Konstrukcija primarnih taložnika

26

treba da stvori uslove za usporeno i ravnomerno kretanje vode, kao i dovoljno dugo zadržavanje otpadne vode da obezbedi gravitaciono taloženje suspendovanih čestica. Performanse primarnih taložnika baziraju se na veličini taložne površine ili vremenu zadržavanja otpadne vode.

Kružni taložnik sa centralnim uvođenjem i radijalnim tokom vode

Na Slici je prikazan kružni tip taložnika sa mehaničkim skreperom za kontinualno uklanjanje mulja i površinskim zgrtačem plivajućih materija (masnoća) i pene. Otpadna voda se uvodi kroz centralnu, ulaznu zonu koja obezbeđuje ravnomernu raspodelu i radijalan tok fluida. Prelivni kanali locirani su po obodu taložnika i omogućuju ujednačeno uklanjanje izbistrene vode iz bazena. Pena koja se formira na površini vode mehanički se sakuplja i posebnim kanalom odvodi u šaht. Istaloženi mulj se grebačima povlači sa dna u centralnu komoru odakle se pumpama prebacuje u prihvatni šaht i odvozi na liniju tretmana mulja (zgušnjivač mulja).

Na efikasnost taloženja utiču poremećaji koji mogu nastati u ulaznoj i izlaznoj zoni taložnika usled neuniformnog toka otpadne vode, zatim kao posledica kretanja uređaja za uklanjanje taloga sa dna i nečistoća sa površine i resuspendovanja istaloženih čestica, kretanja vode usled razlike u temperaturi ili delovanja vetra.

Ključni elementi za uspešno funkcionisanje taložnika su povremena evakuacija istaloženog mulja, konfiguracija muljnih pumpi, priroda i gustina mulja.Zapremina istaloženog mulja zavisi od niza faktora kao što su karakteristike otpadne vode, trajanjataloženja, stepena prečišćavanja, karakteristika suspendovanih čestica, dubine taložnika, primenjenog načina uklanjanja mulja i vremena zadržavanja mulja u taložniku.

27

5. Koagulacija u tretmanu otpadnih voda

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.

Koagulacija i flokulacija su postupci bistrenja vode hemijskim putem. Njihov zadatak je, da se iz vode prije svega eliminišu koloidno dispergovana onečišćenja, od kojih najčešće potiču boja i mutnoća vode. Ova onečišćenja se veoma teško sama od sebe talože pa se zbog toga ne mogu lako i brzo ukloniti mehaničkim putem. Koloidni sistemi su dosta stabilni, zbog toga što dispergovane čestice poseduju istoimeno naelektrisanje, odnosno među njima vladaju odbojne sile, što utiče na brzinu njihovog taloženja.Supstance koje čine mutnoću vode, tj. suspendovane čestice i koloidno rastvorena jedinjenja su u vodi na pH oko 7 najčešće naelektrisane negativno. Ukoliko se u vodu unesu supstance sa suprotno naelektrisanim centrima, koje na sebe elektrostatički privlače negativno naelektrisane čestice iz vode, nastaju krupne pahuljice, koje se mogu istaložiti znatno većom brzinom nego prvobitno prisutne supstance u vodi.

Pod pojmom koagulacija se obično podrazumijeva sama neutralizacija naelektrisanja elektrostatičkim privlačenjem suprotno naelektrisanih čestica koje izaziva njihovo ukrupnjavanje. Zadatak postupka koagulacije je da stabilne koloidne sisteme destabilizuje dodatkom pozitivno naelektrisanih koagulanata.

Pojam flokulacije podrazumeva kontakt makromolekula flokulacionog sredstva sa većim brojem čestica, odnosno vezivanje pojedinačnih čestica, za više suprotno naelektrisanih mesta flokulacionog sredstva, pri čemu se javlja tzv. molekulsko premošćavanje. Flokulacija je proces okupljanja ˝koagulisanih˝ čestica da bi se stvorile veće agregacijeili flokule. Oštre granice između ove dvije pojave nema, jer i same koagulisane čestice mogu dalje da deluju flokulaciono.

Udruživanje koloidnih čestica se odigrava u dve odvojene i očigledne faze. Prva u kojoj napon odbijanja između čestica mora biti savladan, u meri koja je potrebna da one postanu destabilizovane, i druga u kojoj se mora ostvariti kontakt između tako destabilizovanih čestica kako bi došlo do njihovog udruživanja (aglomeracije). Destabilizacija se postiže dodavanjem hemikalija, uz brzo mešanje u odgovarajućim komorama. Agregacija (sakupljanje) čestica se izvodi sporim mešanjem u flokulacionim komorama.

28

KOAGULACIJA koagulacija regulisanjem režima neutralizacije koagulacija zagađujućih komponenata uz primenu specijalnih reagenasa-

koagulanata elektrokoagulacija primenom elektrohemijskog rastvaranja elektroda

Koagulacija regulisanjem režima neutralizacije: Prečišćavanje otpadnih voda zagađenih jonima metala sa visokom valentnošću (>3), koji

mogu izmenom pH vrednosti da promene vrednost i znak naelektrisanja Dvorežimska neutralizacija I deo otpadne vode - neutralizacija do pH 3,8 – 4,5 uz formiranje pozitivno

naelektrisanih hidroksida metala II deo otpadne vode - neutralizacija do pH 10 –12 uz formiranje negativno naelektrisanih

hidroksida Naknadno mešanjeovih delova dobija se neutralna voda sa pH manjim od 8,5; dolazi do

koagulacije i time se povećava brzina taloženja; neutralisana voda se bistri a talog ide na zgušnjavanje, dehidrataciju i skladištenje

PRIMENA: prečišćavanje kiselih voda, zagađenim uglavnom jonima Fe i Al; vreme bistrenja u taložnicima 1-8 h, u toku jednog perioda obrazuje se 10 do 40 % taloga

Koagulacija primenom reagenasa:

• Za ubrzavanje taloženja koriste se: - Kreč (pH otpadnih voda se ponekad povećava i do 12) - Sulfati Fe i Al - pH se snižava (nastaju kiseline)

• Uvođenjem soli Al i Fe dolazi do reakcije hidrolize, pri čemu nastaju hidroksidi malo rastvorljivi u vodi

• Al2(SO4)3 + 6 H2O →2Al(OH)3+ 3H2SO4 Al(OH)3 ..........4,5-7,0 • FeCl3 + 3H2O → Fe(OH)3 + 3HCl Fe(OH)3 ..........4-6 i 8-10 • FeSO4+ 2 H2O →Fe(OH)2+ H2SO4 Fe(OH)2 ...........8,5-10,5 • 4Fe(OH)3 + O2 + H2O →4Fe(OH)3 • Kiselina koja se stvara u procesu mora biti neutralisana , ili se ravnoteža pomera ulevo • Kao koagulanti se koriste: Al2(SO4)3, Fe2(SO4)3, FeSO4, FeCl3,

Al2(SO4)3– najjeftiniji i najčešće se koristi.

29

Suština njihovog delovanja počiva na činjenici da u vodi grade flokule Al(OH)3, odnosno Fe(OH)3,koje, strukturno posmatrano, na molekulskom nivou predstavljaju tetraedre što se može videti na sledećoj slici:

Struktura molekula aluminijum-hidroksida i feri-hidroksida

Centralni atom Al, odnosno Fe, u težnji da kompletira broj elektrona u spoljašnjoj ljusci svog elektronskog omotača na 8, privlači k’ sebi elektronske parove koji čine kovalentnu vezu između kiseonika i vodonika hidroksilnih grupa. Usled toga, u centru molekula se javlja višak negativnog naelektrisanja δ-, dok na rogljevima, tj. na hidroksilnim grupama zaostaje višak pozitivnog naelektrisanja δ+, kao što je na slici iznad prikazano. Ovo pozitivno naelektrisanje omogućava elektrostatičko privlačenje između flokula Al(OH)3, odnosno Fe(OH)3 i negativno naelektrisanih čestica iz vode, što izaziva njihovu koagulaciju i zatim lakše taloženje.

Elektrokoagulacija: Proces elektrokoagulacije podrazumeva odvajanje čvrstih čestica od rastvora, uz stvaranje koagulanata “ in situ “ elektrolitičkim rastvaranjem elektrode od aluminijuma ili gvožđa.Tokom procesa koagulacije na katodi dolazi do izdvajanja vodonika koji izlazi iz sistema i čestica koja se sa koagulantima izdvaja na površini vode, zbog čega se proces naziva često i elektroflotacijom. Materijali za elektrode su ploče od Al, Fe ili otpadni materijal od ovih metala nastao nakon procesa glodanja ili slično, u pakovanoj formi. Hemijske reakcije na anodi (procesi rastvaranja anode u zavisnosti od pH sredine)

30

Takođe, dolazi do oslobađanja kiseonika prema sledećoj reakciji:

Reakcija na katodi

PREDNOSTI ELEKTROKOAGULACIJE: - Visoka parcijalna efikasnost uklanjanja - Celokupni tretman je veoma lak - Relativno mali troškovi - Mogućnost automatizacije Primena elektrokoagulacije: Efikasna u otklanjanju suspendovanih soli, ulja ili masti iz voda Primenjuje se za prečišćavanje voda za piće u manjim ili gradovima srednje veličine,

morske vode, tople vode za industrijske potrebe gde velika postrojenja za tretman voda nisu ekonomična.

Efikasna metoda za uklanjanje mutnoće i boje vode, gvožđa, silikata,prečišćavanje emulzija voda-ulje, glinene suspenzije, vode sa nitritima.

Pogodna metoda za otklanjanje ili destrukciju algi i mikroorganizama iz vode za piće. Takođe se koristi i u tretmanu otpadnih voda iz tekstilne i naftne industrije.

Povećanje efikasnosti koagulacije fizičkim metodama

• Magnetna obrada • Zagrevanje: primer okrupnjavanja čestica ferihidroksida • Ultrazvučna obrada voda

31

Sve su primenljive za manje količine voda. Princip je isti kod svih. Obradom voda menja se

količina naelektrisanja čestice, pa se one, pri međusobnom sudaru, spajaju u veće agregacije.

Flokulacija-okrupnjavanje čestica njihovim vezivanjem u lanac polimera-flokulanata. Flokulanti-makromolekuli Mogu biti prirodni: skrob, dekstrin, tutkalo, gumiarabika i sintetički: razne vrste polimera. Mogu biti anjonski, neutralni i katjonski, zavisno od toga kakve jone vezuju za sebe. Poliakrilamid-efikasan u sredini koja ima pH od 3-7; koncentraciju 0,15-2 g/m3.

Druga grupa sredstava obuhvata polielektrolite, koji su u suštini polimeri lančaste strukture, sa bočnim lancima na čijim se krajevima javlja naelektrisanje (pozitivno, ili negativno), koje može biti jače ili slabije izraženo, pri čemu može predstavljati čak i potpuno jonizovane grupe.

Mehanizam djelovanja polielektrolita

S obzirom da su čestice koje čine mutnoću vode najčešće naelektrisane negativno koagulanti se dele na: primarni koagulanti koji su naelektrisani pozitivno (katjonski koagulanti), sekundarni ili pomoćni koagulanti koji su naelektrisani negativno (anijonski koagulanti), nejonski ili neutralni koagulanti. Rastvorne soli aluminijuma i gvožđa koje u vodi grade nerastvorne hidrokside se koriste isključivo kao primarni koagulanti. Polielektroliti mogu biti i primarna i pomoćna sredstva za koagulaciono bistrenje vode.

Pomoćna sredstva (polielektroliti), koje nakon suspendovanja u vodi bubre imaju u svojojstrukturi na bočnim lancima, veliki broj naelektrisanih mjesta. Mogu biti: - sintetički ili prirodni - mineralni ili organski - katjonski (sa + naelektrisanjem), anjonski (sa – naelektrisanjem) ili nejonski (podjednaki broj + i – naelektrisanja) A-110 je sintetički polimer na bazi poliakrilamida, koji jako bubri. Koristi se kao pomoćno sredstvo za flokulaciju, odnosno kao sekundarni flokulant.

32

Efikasnost koagulatora je veća ako je veća valentnost jona koji nosi suprotno naelektrisanje u odnosu na česticu; ako je površina minerala pozitivno naelektrisana, onda su efikasni koagulatori anjoni kiselina, posebno SO

4

2- grupa.

Mehanizam vezivanja

• Vodonična veza Vodonikov atom vezan za N, S ili O atom u polimeru, može da se veže za elektronegativne atome na čvrstoj čestici tzv. vodoničnom vezom. Primer: polimeri na bazi vinilpiridina, polietilenamina.

• Hemijska reakcija: Između polimera i neke reaktivne grupe na površini čestice (karboksilne, fosfatne, sulfatne, jon metala u kristalnoj rešetki) dolazi do hemijske reakcije jonske izmene i do adsorpcije polimera na površini čvrste faze. Ovakvi flokulanti su anjonskog ili slabo anjonskog tipa.

• Smanjenje potencijala čestica: Ovakvi polimeri imaju veliku gustinu električnog naboja, pa su efikasniji u privlačenju čestica od neorganskih elektrolita. Koji metod primeniti?

• Koncentracija čestica-odrediti u laboratoriji • Veličina čestica-odrediti u laboratoriji • Brzina taloženja- odrediti u laboratoriji • Veličina i znak električnog polja-Z-potencijal • Temperatura vode-definiše viskoznost • Zahtev za čistoćom posle obrade-stepen uklanjanja čestica

33

9.Neutralizacija otpadnih voda Neutralizacija otpadnih voda spada u hemijske metode prečišćavanja voda.

Podrazumeva uklanjanje kiselina i baza iz otpadnih voda i doterivanje pH vrednosti takve vode na dozvoljenu vrednost ( pH=6,5-7,5).

Bazira se na hemijskoj reakciji između baza i kiselina kada kao proizvod reakcije nastaju so i voda. Pri ovome, so može biti rastvorna u vodi ili nerastvorna: HCl + NaOH = NaCl + H2O H2SO4 + Ca(OH)2 = CaSO4 ↓ + 2H2O

U ovom drugom slučaju neophodno je razdvajanje faza i tretman mulja. Za neutralizaciju kiselina koriste se: CaCO3, CaO, Ca(OH)2, MgCO3, NaOH, KOH. Za neutralizaciju baza koriste se: CO2, H2SO4, HCl. Izbora reagensa zavisi od načina izvođenja neutralizacije, daljeg procesa prečišćavanja

vode, korišćenja neutralizovane vode itd. Izvodenje neutralizacije vrši se uglavnom nadva načina, kada su u pitanju otpadne vode

koje sadrže kiseline. Prvi način je filtracija kroz porozan sloj koji sadrži karbonatne materijale kao što su

krečnjak, mermer, dolomit, magnezit i dr. Za ovaj tip neutralizacije koriste se uređaji kao i pri filtraciji u kojima je porozan sloj načinjen od izmrvljenih prirodnih karbonatnih materijala.

Reakcija neutralizacije odvija se prema jednačini:

CaCO3 + 2HCl=> CaCl2 + CO2 + H2O

U ovom slučaju kada voda prolazi kroz ovaj neutralizacioni filtar, nije potrebno vršiti tačno doziranje sredstava za neutralizaciju, jer se radi o materijalima koji se nalaze i u prirodi u dodiru sa vodom. Potrebno je samo povremeno obnavljanje poroznog sloja.

Drugi način neutralizacije voda sastoji se u unošenju određenih količina sredstava za neutralizaciju u određenu zapreminu vode. Kod ovog postupka potrebno je znati sadržaj kiseline da bi se izračunala potrebna količina sredstava za neutralizaciju. Pored toga potrebno je da otpadna voda bude prethodno homogenizovana kao i da se pri procesu neutralizacije obezbedi mešanje vode. Neutralizacija se ne vrši pri protoku vode, kao što je slučaj pri korišćenju neutralizacionih filtara, nego u neutralizatorima, čija je konstrukcija slična uređajima za mešanje tečnosti. U ovom slučaju neutrališe se određena količina vode, koja se zatim odvodi na dalje prečišćavanje, a zatim se postupak ponavlja sa drugom količinom vode ulivenom u neutralizator. U toku procesa neutralizacije potrebno je obezbediti kontrolu pH vode.

Kada se za neutralizaciju kisele otpadne vode koristi alkalna otpadna voda potrebno je poznavati koncentraciju alkalija u ovoj vodi, da bi se odredila količina alkalne i kisele otpadne vode koju treba pomešati radi neutralizacije.

34

Neutralizacija alkalnih otpadnih voda vrši se praktično po postupku kao i za kisele

otpadne vode, koji je predhodno opisan, samo se u ovom slučaju kao reaktivi koriste rastvori kiselina.

Izvesna razlika u postupcima za neutralizaciju kiselih i alkalnih otpadnih voda je u slučaju korišcenja CO2 kao sredstva za neutralizaciju alkalija. Ovaj proces neutralizacije vrši se prema jednačinama:

NaOH + CO2→ NaHCO3 Ca(OH)2 + CO2→ CaCO3 + H2O pri čemu se dobijaju u jednom slučaju rastvorne soli, a u drugom nerastvorne.

Osnovna razlika ovih procesa je korišćenje gasovitog CO2 kao neutralizacionog sredstva. Iz ovog razloga se često koriste zatvoreni neutralizatori da bi se smanjio gubitak CO2 i ubrzao proces. Pored toga u zatvorenim neutralizatorima može da se koristi CO2 koji se nalazi pod povećanim pritiskom, što takođe dovodi do ubrzanja procesa neutralizacije.

Dobre i loše strane metode:

• Reakcija je veoma brza i potpuna. • Mala su investiciona ulaganja u postrojenje. • Dobijeni proizvodi reakcije su hemijski stabilni i ekološki najčešće prihvatljivi. • Moguće je uzajamno tretirati bazne i kisele vode, ukoliko postoje u nekom sistemu. • Moguće je da se izvodi zajedno sa nekim precipitacionim postupcima, što se po pravilu i

čini.

• Zahteva se utrošak hemikalija, stara tehnologija. • Velike količine rastvorne soli koje nastaju mogu da se nepovoljno odraze na okolinu, pa

je potrebno da se količina takve soli ukloni iz vode pre ispuštanja.

• Zamenjuje se novim, najčešće separacionim-membranskim postupcima. 10. Precipitacioni procesi prečišćavanja otpadnih voda

Osnovni princip precipitacije je da se joni metala uklone iz otpadne vode u obliku slabo rastvornog jedinjenja, hidroksida, najčešće, ali u nekim slučajevima u obliku slabo rastvorne soli-karbonata, hlorida, sulfida, fluorida itd.

Princip: Dodavanjem odgovarajućeg reaktanta u otpadnu vodu vrši se izdvajanje u vidu teško rastvornih jedinjenja. Koncentracija zagađujuće supstance preostale u otpadnoj vodi određena je rastvorljivošću novonastalog jedinjenja.

Primena: Izdvajanje teških metala iz otpadne vode: Cu, Cd, Cr, Ni, Zn, Fe u vidu teško rastvorljivih hidroksida, pod uslovom da se ovi elementi nalaze u vodi kao joni.

Cu++ + 2NaOH → Cu(OH)2 + 2Na+

Novonastali hidroksid bakra može se izdvojiti iz rastvora filtracijom.

35

Količina hidroksida teških metala koji se izdvajaju kao teško rastvorljivi, zavisi od pH rastvora. U oblasti pHod8.5 - 9.5 izdvaja se većina hidroksida metala pri čemu njihova rastvorljivost ostaje minimalno izmenjena.

Precipitacija hidrolizom

Primenjuje se na efluente koji sadrže znatne količine soli i kiseline u sebi. U ovom slučaju voda je jedini reagens. Dodatkom vode u rastvor, joni metala precipitiraju kao hidroksidi ili oksidi ili hidrati ovih jedinjenja. Mez+ + zH2O = Me(OH)2 +zH+

Zbog male koncentracije jona metala u otpadnim vodama ovaj metod se ne primenjuje, a ako se i primenjuje prethodi mu neki separacioni i/ili koncentracioni proces. Precipitacija jonima

Jasno je (sa prethodnog slajda-precipitacija hidrolizom) da bi se uklanjanjem vodoničnih jona reakcija hidrolize pospešivala. To se u praksi čini dodatkom hidroksilnih jona. Na ovaj način se H+joni neutrališu, a reakcija se pomera u desno.

Ovo je najzastupljeniji oblik precipitacije na industrijskom nivou. Stehiometrija procesa bi bila: Cu2+ + 2Cl- + 2Na++2OH- = Cu(OH)2 ↓ + 2NaCl U opštem obliku to bi bilo: xMez+ + zAx- = MexAz ↓

36

Kao agens za jonsku precipitaciju koriste se:

• Hidroksilni joni za većinu metala • Hloridni joni u slučaju precipitacije jona Ag+, Cu+

Ag+ + Cl- = AgCl • Sulfidni joni za precipitaciju većine jona teških obojenih metala, po šemi:

2Mez+ + zS2- = Me2Sz, mada se metod retko koristi zbog toksičnosti vodonik-sulfida ili natrijum-sulfida, koji se javlja kao reagens u ovom slučaju.

• Sulfatni joni za Ca2+, Ba2+. Pb2+ • Karbonatni joni Li+ • Fluoridni joni za uranijum i još neke radioaktivne metale • Amonijačni za platinu • Itd.

Dobre i loše strane precipirtacije jonima:

• Reakcija jonske precipitacije je brza i potpuna. • Ciljani metal/metali može da se ukloni iz otpadne vode gotovo kvantitativno, ukoliko se

obezbede optimalni uslovi (pH) • Tehnologija je dosta jednostavna-investiciona ulaganja nisu velika. • Pogodna za tretiranje malih kao i za velike količine voda.

• Zastarela tehnologija!Neselektivna. • Zahteva nepovratnu upotrebu hemikalija. Nekad skupih. • Nastali mulj mora da se, nakon razdvajanja faza, odloži nadeponiju što poskupljuje

investiciona ulaganja), ili da se dalje procesira, kako bi se valorizovale korisne komponente. Deponija zahteva servisiranje.

Precipitacija redukcijom:

Homogena redukcija se odvija dodatkom nekog redukujućeg jona u otpadnu vodu, pri čemu se određeni jon redukuje do metala uz oksidaciju reducenta:

Mez+ + reducent = Me + oksidovani reducent Ag+ + Fe2+ = Ag + Fe3+

Pored fero-jona, koriste se još: sulfitni jon, hipofosfitni jon itd. Ne-jonska redukcija se odvija dodavanjem nekog ne-jonskog reducenta-formaldehid,

hidrazin, formiatni jon, koji reaguje sa jonima metala po gornjoj opštoj jednačini. Mehanizam je sledeći:

HCHO + H2O = HCOOH + 2e- Mez+ + ne- = Me

37

Cu2+ +2HCHO + 4OH- = Cu + 2HCOO- + 2H2O + H2 Dobre i loše strane homogene redukcije:

• Spora reakcija. Koristi se za dobijanje metalnih prahova. • Neophodna je prethodna separacija i koncentrisanje jona metala koji bi se redukovao. • Neophodna je dorada dobijenog proizvoda-razdvajanje faza, pranje, sušenje… • Znatna su investiciona ulaganja. • Mogu se koristiti samo neki industrijski efluenti.

• Dobija se komercijalni proizvod. • Proces je selektivan-uklanjaju se samo ciljani joni.

Elektrolitička redukcija-dobijanje metala:

Precipitacija elektrolitičkom redukcijom bazira se na tretiranju efluenta u elektrolitičkoj ćeliji i na depoziciji metala na nerastvornoj katodi pri prolasku jednosmerne struje.

Proces teče prema reakcionoj šemi: Na katodi: Mez+ + ze- = Me 2H+ + 2e- = H2 - sporedna reakcija Na nerastvornoj anodi se razlaže voda, prema reakciji: 2H2O = O2 + 4H+ + 4e-

• Na ovaj način moguće je, najčešće selektivno, da se uklone, gotovo potpuno, svi teški obojeni metali iz nekog elektrolita.

• Proces je ireverzibilan i može se voditi do potpunog uklanjanja jona iz nekog rastvora.

• Retki su slučajevi da se može direktno primeniti na neki efluent, već mu prethode separacioni i koncentracioni procesi.

38

Zaključna razmatranja o precipitacionim metodama:

39

11. Elektrohemijska redukcija-cementacija u prečišćavanju otpadnih voda

Cementacijaje proces precipitacije metala iz bakronosnih rastvora pomoću manje plemenitih metala.

U slučaju bakra, gvožđe sa elektronegativnijim potencijalom (Fe/Fe2+= ˗0,44 V) prelazi u rastvor, dok elektropozitivniji bakar (Cu/Cu2+ = 0,34 V) prelazi u metalno stanje.

Proces cementacije bakra difuziono je kontrolisan, pri čemu aktivaciona energija procesa iznosi 20 kJ/mol, što ukazuje da uveliko zavisi od intenziteta protoka rastvora kroz cementaciju.

Efikasna metoda za uklanjanje jona metala iz voda do veoma niskih koncentracija, poznata kao cementacija, gde se joni elektropozitivnijeg metala redukuju pomoću manje pozitivnog metala koji se oksidiše:

Me1

z+ + Me2 = Me1 + Me2z+

Najpoznatiji primer je cementacija jona bakra na gvožđu, na cinku, na aluminijumu;

srebra na cinku itd. Osnovne reakcije koje se odigravaju u procesu cementacije su sledeće: • cementacija bakra na gvožđu Fe° + Cu2+ = Cu° + Fe2+ (5)

• rastvaranje gvožđa sumpornom kiselinom Fe° + 2H+ = Fe2++ H2(6)

•rastvaranje gvožđa feri-jonima Fe° + Fe3+ = 2Fe2+ (7)

Navedene reakcije se odvijaju istovremeno, s tim što je reakcija (5) primarnog karaktera, dok sureakcije (6) i (7) sporedne.

Najpovoljnija pH vrednost vodenog rastvora za odvijanje cementacije bakra je pH = 2. Veća kiselost nije poželjna jer to izaziva povećanu potrošnju gvožđa (reakcija 6). Manja vrednost, takođe nije poželjna zbog mogućnosti precipitacije hidroksida gvožđa i primesa, a time smanjenja iskorišćenja i kvaliteta proizvoda.

U industrijskim uslovima, potrošnja gvožđa je 2-4 (7) puta veća od teorijske. Cementaciju jona bakra iz otpadnih voda vršimo dodavanjem gvožđa u čvrstom obliku

(opiljci).

40

Poznata je i reakcija adsorpcije/redukcije zlata na aktivnom uglju iz hloridnih rastvora (carske vode): 4Au3+ + 3C + 6 H2O = 4Au + 3 CO2 +12H+

Dobre strane cementacije:

• Proces je selektivan. Na površini metala će se cementirati samo oni joni koji su elektropozitivniji od tog metala.

• Ireverzibilan. Moguće je skoro kvantitativno uklanjanje jona iz voda. • Koristi se za dobijanje bakra iz lužnih i otpadnih rastvora ekstraktivne metalurgije bakra. • Za dobijanje zlata i srebra iz cijanidnih rastvora:

2Au(CN)2- + Zn = 2Au + Zn(CN)42-

Loše strane cementacije:

• Zastarela tehnologija-ekološki neprihvatljiva. • Proces spor-difuziono kontrolisan. Zahteva se mešanje, ili protok vode kroz cementator

da bi se proces intenzifikovao. • Potrošnja metala za cementaciju je veća od stehiometrijski potrebne. • Metal za cementaciju se nepovratno gubi, jer se umesto jednog u vodi pojavljuje drugi

jon. Možda manje toksičan. U nekim slučajevima se zahteva prečišćavanje vode od tog jona ( Fe2+ ili Zn2+).

• Zahteva se priprema otpadnog gvožđa. • Zahteva se priprema vode –uklanjanje suspendovanih čestica i doterivanje pH. • Zahteva se razdvajanje faza-cementni bakar/voda. • Proizvod cementacije nije komercijalnog kvaliteta i zahteva se njegova dalja prerada.

Cementacijom rastvora dobija se proizvod sa niskim iskorišćenjem, malim sadržajem

bakra i velikom potrošnjom gvozdenog špona. Proizvod cementacije nije komercijalnog kvaliteta i zahteva se njegova dalja prerada. Proizvod se može dalje tretirati u topionici. Cementacija predstavlja zastarelu tehnologiju koja je ekološki neprihvatljiva.

41

42

14. Prečišćavanje otpadnih voda adsorpcijom

Adsorpcija spada u separacione postupke prečišćavanja otpadnih voda.

Kada i gde se koriste separacioni postupci?

Postoji čitav niz otpadnih voda u kojima je:

- Koncentracija jona metala mala da bi se efikasno mogla primeniti neka od precipitacionih metoda;

- Hidroksid soli ne daje talog - Stvara se kompleksno jedinjenje pri neutralizaciji - Neki od prisutnih jona su ili vredni, ili veoma toksični, ili i i jedno i drugo, pa ih treba

selektivno ukloniti iz otpadne vode i dalje preraditi.

Adsorpcija predstavlja operaciju imobilizacije jona iz rastvora na čvrstoj fazi. Na industrijskom nivou adsorpcija predstavlja uklanjanje jedne ili više komponenti iz gasne ili tečne faze, pogodnom čvrstom fazom.

Komponenta koja se prenosi iz fluida i imobiliše na površini čvrste faze naziva se adsorptiv, dok se čvrsta faza naziva adsorbens.

Operacija suprotna adsorpciji naziva se desorpcija i predstavlja uklanjanje adsorbovane materije sa zasićene površine adsorbensa.

U procesu obrade voda proces adsorpcijenalazi primenuza završno (tzv. tercijarno) prečišćavanje,obično nakon biološkog prečišćavanjapri uklanjanju organskih nečistoća, posebno onih koji se ne mogu biološki razgraditi.

Koristi se i kao glavni, osnovni postupak precišcavanja za uklanjanje materija toksičnih za radnu mikrofloru bioloških postupaka prečišćavanja, odnosno opasnih po recipijente.

Adsorbensi su materije visoko razvijene unutrašnje površine sposobne da imobilišu selektivno određene jonske ili molekulske vrste iz vodene faze.

Da bi se neka materija primenila kao adsorbens mora da zadovolji određene uslove tj. da ima određenu adsorpcionu moć, kapacitet i poroznost.

Koje uslove treba da zadovolji adsorbens?

- Da poseduje određenu adsorpcionu moć-sposobnost da da adsorbuje određene molekulske ili jonske vrste

- Kapacitet – masa adsorbata/ 1 kg ( 1 m3) adsorbensa - Poroznost – makro i mikro -pore (specifična površina m2/g); zavisi od uslova pripreme

(temperature žarenja polazne sirovine, pH rastvora kojim se vrši luženje...)

43

Kapacitet adsorpcije predstavlja prema jednačini 1. masu adsorbovanog metala po jedinici mase adsorbenta.

Ci, Ct- početna i trenutna koncentracija metala u vremenu t, g/l

m- masa adsorbenta, g

V- zapremina tretiranog rastvora, l

AD-stepen adsorpcije

Adsorbensi:

1. ugalj, impregnirani aktivni ugalj

2. silika gel 3. zeoliti-molekulska

sita ( MexEyO3ynH2O, Me=Na, Ca; E=Si, Al) 4. joniti 5. Prirodni adsorbensi i

biosorbensi; - “low-cost” adsorbensi

Aktivni ugalj

Najčešce korišćeni adsorbent u tehnologiji vode i otpadnih voda je aktivni ugalj. Za proizvodnju aktivnog uglja koriste se različiti materijali: ugalj, drvo, treset, orahova ljuska.

Aktivnim ugljem se uklanjaju organske materije koje utiču u na miris, ukus i boju vode (kao što su fenolna jedinjenja, huminske supstance) i niz drugih organskih jedinjenja, obično opasnih po okolinu: hlorovani fenoli, pesticidi, organski rastvaraci; trihalometani, petrohemikalije,policiklicni aromatski ugljovodonici itd.

44

Zeoliti

Do danas je okarakterisano oko 40 vrsta prirodnih zeolita, dok je broj sintetizovanih znatno veći (oko 170).

Prirodni zeoliti privukli su značajno interesovanje uglavom zbog svojih dragocenih osobina kao što je sposobnost jonske izmene. Klinoptilolit je ispoljio visoku selektivnost za određene jone teških metala kao što su:Pb(II), Cd(II), Zn(II) i Cu(II).

Osnovno svojstvo svih zeolita jeste sposobnost zeolita da u svoju nanoporoznu strukturu razmenjuju pozitivno naelektrisane katjone.

nMe2+(s)+2Mn+(z)→nMe2+(z)+2Mn+(s)

n – oksidacioni broj izmenjivih katjona M (K, Na, Ca, Mg)

s – rastvor; z - adsorbens( zeolit)

Prirodni zeoliti ne mogu da adsorbuju anjone zbog negativnog naelektrisanja alumosilikatne mreže.Adsorpcijom površinski aktivnih supstanci moguća je delimična neutralizacija negativnog naelektrisanja spoljne površine minerala zeolita. Na ovaj način se dobija adsorbenssa povećanom sposobnošću adsorpcije anjona, ali što je vrlo značajno, ovakav adsorbent poseduje i sposobnost istovremene adsorpcije nekih katjonskih i organskih zagađivača.

Ispitivana je sposobnost različitih tipova sintetičkog zeolita za uklanjanje teških metala. Uloga pH vrednosti je veoma važna u selektivnoj adsorpciji različitih jona teških metala:

• NaA zeolit za uklanjanje Cr(III) pri neutralnoj pH vrednsti

• 4A zeolit za uklanjanje Cu(II) i Zn(II) pri neutralnoj i alkalnoj pH,

• Cr(VI) pri kiseloj pH i • Mn(IV) pri visokim alkalnim

pH vrednostima

Prirodna glina može se modifikovati pomoću polimernog materijala tako da se značajno povećava njihova sposobnost uklanjanja teških metala iz vodenih rastvora. Ove vrste adsorbenata nazivaju se glineno-polimerni kompoziti.

Prirodni adsorbensi – “low-cost” adsorbensi

Prirodni adsorbensi su:

Lako dostupni; Efikasni – ne u meri kao aktivni

ugalj, ili jonoizmenjivačke smole;

45

Jeftini; Biosorbenti ne moraju da se

regenerišu, već bi se spaljivali, toplota bi se koristila , pepeo lužio, a lužni rastvor tretirao radi iskorišćenja metala;

Ekološki prihvatljivi! Tehnološki postupak je u

razvoju!

Adsorpcija i jonska izmena su skupi postupci!

Cena aktivnog uglja i jonoizmenjivačke smole 2 – 4 $/kg, i koriste se za višekratnu adsorpciju.

Ispituju se novi mogući sorbenti na bazi prirodnih proizvoda, za jednokratnu, ili višekratnu upotrebu:

Organski – biosorbenti: Ugljevi – ligniti; Ljuske od pirinča, kikirikija,

narandže, koštice od maslina; Ljuske od badema, oraha,

lešnika; Ljuske od jaja Kore od krompira Mekinje; Stabljike od suncokreta, od

kukuruza, od vinove loze; Kora od drveta hrasta, bora,

jele; Piljevina od različitog drveća; Trina Soc od kafe; Ostaci od čaja; Neorganski jeftini adsorbensi; Gline, leteći pepeo, prirodni

zeoliti, crveni mulj; Bio-masa; Morska trava, alge;

Biosorpcija teških metala iz vodenih rastvora je relativno novi proces koji najavljuje odlične rezultate u uklanjanju teških metala. Glavne prednosti biosorpcije su njena velika efikasnost u redukciji jona teških metala i upotreba jeftinih biosorbenata. Procesi biosorpcije su naročito pogodni za tretman otpadnih voda koje sadrže razblažene koncentracije teških metala.

46

• Biosorbenti sadrže u svojim molekulima funkcionalne grupe proteina, polisaharida, celuloze;

• Ove funkcionalne grupe imaju sposobnost da vežu jone teških metala u svoju strukturu.

Tipični biosorbenti mogu poticati iz tri izvora:

1. neživa biomasa kao što je kora drveta, lignin, račić, kril, lignje

2. biomasa od algi 3. mikrobna biomasa npr.

bakterije, gljivice, kvasac

Adsorpcija na industrijskim nusproizvodima

Industrijski nusproizvodi kao što su lebdeća ugljena prašina, otpadno gvožđe, šljaka, titanijum-oksid mogu se hemijski modifikovati kako bi se povećala njihova sposobnost eliminacije metala iz otpadnih voda.

Leteći pepeo kao produkt sagorevanja uglja ima veliki potencijal za primenu u ekološke svrhe i predstavlja zanimljivu alternativu kojom se zamenjuje aktivni ugalj ili zeoliti kao adsorbenti u tretmanu otpadnih voda. Međutim, stepen adsorpcije na letećem pepelu u velikoj meri zavisi od njegovog porekla.

47

15. Prečišćavanje otpadnih voda jonskom izmenom

Jonska izmena predstavlja proces pri kome se određena jonska ili molekulska vrsta transferuju iz vodene faze i bivaju imobilisane na odgovarajućem jonoimenjivaču. Pri tome se odvija hemijska reakcija između jonoizmenjivača i jona.

Osnovni cilj pri svim ovim izmenama bilo je izdvajanje niskih koncentracija primesa iz rastvora ili izdvajanje i prečišćavanje komponenti visoke vrednosti.

Pod jonskom izmenom se podrazumeva izmena jona između dva elektrolita. To su izmene tipa:

R1H + Na+ → R1Na + H+

R2OH + Cl- → R2Cl + OH-

gde su: R1 i R2 – matrice odgovarajućeg katjonskog, odnosno anjonskog izmenjivača.

Proces izmene praćem je ADSORPCIJOM JONA, zamenom protiv- jona na izmenjivaču sa jonima metala, i ELUIRANJEM (DESORPCIJA), zamenom jona metala na izmenjivaču sa funkcionalnom grupom.

- EFLUENT – vodeni rastvor posle adsorpcije, obično predstavlja bezvrednu tečnost - ELUAT – rastvor posle desorpcije ( eluiranja) i koristi se u daljoj preradi u cilju

izdvajanja metala ili komponenti metala.

Kako funkcioniše jonska izmena:

Neka voda sa jonima metala prolazi kroz kolonu sa vodoničnom jonoizmenjivačkom smolom. Kao rezultat jonske izmene, joni metala će biti imobilisani na smoli, a joni vodonika će

48

odlaziti u vodenu fazu, stvarajući sa anjonima odgovarajuću kiselinu. Kiselina se može dalje procesirati propuštanjem vode kroz kolonu sa anjonskim izmenjivačem, pri čemu se anjon vezuje za smolu, a OH- joni odlaze u vodenu fazu i bivaju neutralisani sa protonima.

Proces prečišćavanja vode jonskom izmenom vrši se korišćenjem kolona, odnosno tornjeva za prečišćavanje.

1-Jonoizmenjivač; 2-Nosač; 3-Ulaz otpadne vode; 4-Izlaz prečišćene vode

Ako se želi prečišćavanje vode samo od katjona onda se u tornju za prečišćavanje koristi katjonski izmenjivač dok se pri prečišćavanju vode samo od anjona toranj puni anjonskim.

STRUKTURA I OSOBINE JONSKIH IZMENJIVAČA:

Jonski izmenjivačpredstavlja materijal koji reversno menja jone koje sadrži , za jone u rastvoru, dok je istovremeno nerastvoran u rastvoru u kojem se koristi. Postoje:

- Katjonski izmenjivači - Anjonski izmenjivači

Pored katjonskih i anjonskih jonoizmenjivača postoje i takvi koji istovremeno imaju i katjonsko-izmenjivačku grupu i anjonsko-izmenjivačku grupu u istom molekulu, pa mogu istovremeno da vrše izmenu obe vrste jona.

Postoje prirodni i neorganski jonski izmenjivači:

- Kristalni alumosilikati sa katjonskim osobinama izmenama (ZEOLITI)

49

- Ugljevi - Najveću praktičnu primenu imaju joniti na bazi sintetičkih smolakoji se nazivaju

JONOIZMENJIVAČKIM SMOLAMA. -

Joniti su visokomolekularne čvrste nerastvorne supstance koje sadrže jonogene grupe sposobne za izmenu jona sa rastvorom elektrolita. Jonogene grupe se sastoje od fiksiranih jona i jona koji se mogu izmenjivati sa drugim jonima (tzv. protiv jon). Protiv-jon je katjon ili anjon koji se nalazi unutar jonita i sposoban je za izmenu, tj.za prelaz iz jonita u tečnu fazu.

KATJONSKI IZMENJIVAČI SA NEGATIVNO FIKSIRANIM GRUPAMA

-SO3- , - COO- , - PO3

2-,

ANJONSKI IZMENJIVAČI SA POZITIVNO FIKSIRANIM GRUPAMA

-NH3+ , >NH2

+, >N+<

Osnovne osobine jonskih izmenjivača

- KAPACITET - količina jona koja se menja po jedinici količine izmenjivača. - SELEKTIVNOST - samo se joni određenog tipa menjaju.

JONOIZMENJIVAČKE OSOBINE su određene fiksiranom jonskom grupom.

Broj grupa određuje jonoizmenjivački kapacitet. Od hemijske prirode grupe zavisi da li će se smola ponašati kao menjač katjona ili anjona. Važan faktor je jačina kiseline ili baze date grupe. Tako je izvršena podela na:

- SLABOKISELE SMOLE (na primer -COOH izmenjivačka grupa, koja može samo da se upotrebi pri srednjim ili visokim pH vrednostima, većim od 4, pri kojima disocijacija te grupe postaje značajnija i gde deluje kao izmenjivačka grupa).

- JAKO KISELE SMOLE (Na pr. –SO3H- grupa, koja izmenjuje H+pri svim vrednostima pH).

- JAKO ALKALNE SMOLE • Anjonski izmenjivači, koji sadrže

funkcionalne grupe sa OH-ili neki drugi anjon koji se izmenjuje. Grupe –NH2 mogu da budu manje ili više supstituisane: >NH2

+

50

• Sa supstitucijom raste njihova alkalnost, tako da se smole sa kvarternom amonijum grupom ponašaju kao jake baze i mogu da se upotrebe i pri vrednostima pH.

- SLABO ALKALNE SMOLE (Na pr. –NH3+, koja disosuje na visokim pH vrednostima)

Veličina i oblik čestica

Ukoliko su zrna smole veća, ravnoteža između jona koji se izmenjuju uspostavlja se sporije, što u kolonama nameće potrebu sporijeg protoka.Veličina zrna smole se najčešće kreće u opsegu od 0,2 do 0,5 mm. Oblik čestica mora da bude sferičan.

Tečni jonoizmenjivači

Primenjuju se tako što se rastvaraju komponente sa jonskom grupom u organskim rastvaračima (Kerozin, trihloretilen, hloroform, i dr. koji se ne mešaju sa vodom)

Prednosti tečnih jonoizmenjivača:

- Lako se proizvode, - Koncentracija funkcionalne grupe u jonoizmenjivačkoj fazi se lako podešava - Brzina jonske faze može biti dostignuta efikasnom disperzijom organske faze u vodenoj - Kontinualnost protivstrujne operacije se postiže jednostavnije nego što je to moguće sa

čvrstim jonoizmenjivačem.

ANJONSKA IZMENA

Faktori koji utiču na anjonsku izmenu:

a) Svojstva jona Cl- = NO3

- < SO42-<PO4

3-<OH-

b) Koncentracija anjona c) Sastav kolioda ( veći sadržaj oksida

povećava adsorpciju anjona) d) Promena pH

kisela sredina - povećava se adsorpcija anjona alkalna sredina – smanjuje se adsorpcija anjona

Regeneracija zasićene smole-eluiranje

51

Pri regeneraciji smole odvijaju se obrnute reakcije, tako da se katjonske smole regenerišu kiselinama – HCl, H2SO4, a anjonske rastvorom NaOH.

Tok rastvora za eluiranje je suprotnog smera od toka vode koja se prečišćava.

Koncentracija rastvora za regeneraciju je između 1 – 10 %.

Primena jonske izmene

• Kao i prečišćavanje adsorpcijom, ova metoda služi za uklanjanje niskih koncentracija jona koji predstavljaju izrazito štetne zagađujuće supstancije.

• Za omekšavanje, uklanjanje bikarbonata, potpunu dejonizaciju.

• Ova metoda se obično koristi za prečišćavanje otpadnih voda od niskih koncentracija jona visokotoksičnih ili radioaktivnih elemenata, pri čemu se po pravilu jonoizmenjivačka masa ne regeneriše vec se zamenjuje novom.

• prečišćavanje otpadne vode, koju je zatim moguce recirkulisati kao vodu za proces, i

• regeneracija i recirkulacija pojedinih hemikalija.

• Jonska izmena se može sa uspehom primeniti kako za direktno prečišćavanje niza otpadnih voda tako i za završnu obradu, (uklanjanje nutrijenata).

• izdvajanje i recirkulaciju hromne kiseline i

• teških metala

Oblast primene jonskih izmenjivača:

- industrija šećera i viših alkohola

- farmaceutska industrija

- koncentrisanje i prečišćavanje metala iz rastvora

- prečišćavanje alkohola, benzola

- prečišćavanje neorganskih reagenasa

- u kataličkim reakcijama,

- medicini

52

Dobre i loše strane procesa

- Pogodan za veoma razblažene rastvore (10 ppm i niže); - Mogućnost primene na različite jone je široka, jer postoje različite smole, za različite

jone-selektivnost velika; - Pogodan za male kao i velike količine voda; - Potpuno automatizovan i kontinualno se izvodi po tečnoj fazi;

- Nepogodan za rastvore viših koncentracija> 1g/l, a neprimenljiv za koncentracije > 1%; - Ne dobija se finalni proizvod, već se eluat mora dalje procesirati; - Može doći do trovanja smole, kada ona prestaje da bude funkcionalna; - Smola je dosta skupa, što povećava investicione troškove; - Treba dosta vode za ispiranje kolona, pa je teško zatvoriti proces po ispirnim vodama.

7. Prečišćavanje otpadnih voda filtracijom

Filtracija predstavlja mehaničku operaciju razdvajanja heterogenog sistemačvrste čestice-fluid.

Primenjuje se za:

• Predtretman otpadnih voda-bistrenje • Kao sekundarno razdvajanje faza čvrsto-tečno, pri odvodnjavanju muljeva nastalih:

• Pri zgušnjavanju i bistrenju • Pri razdvajanju suspenzija nastalih precipitacijom

Uređaji na kojima se vrši filtracija nazivaju se filtri. Oni se, u osnovi sadrže od suda u kome se nalazi filtracioni medijum, deleći sud na dva dela.

53

Pogonska sila kod filtracije je razlika pritisaka, pa pod njenim dejstvom koje vlada u pojedinim delovima suda, dolazi do razdvajanja faza, pri čemu tečna faza prolazi kroz kolač i filtracioni medijum i oslobođena od čvrste faze, pada u donji deo suda. Ta tečna faza se naziva filtrat.

Čvrsta faza koja sadrži izvesnu količinu tečne faze, naziva se kolač ili pogača i predstavlja drugi proizvod operacije filtracije. Ovakav tip filtracije naziva se filtracija kroz pogaču i najzastupljeniji je oblik razdvajanja suspenzija. Primenjuje se u slučaju kada je sadržaj čvrste faze u suspenziji veći od 0,1 % vol. Ukoliko je koncentracija čvrste faze manja od 0,1% vol., suspenzija je razblažena, pa ne dolazi do formiranja pogače na filtracionom medijumu, već se čestice čvrste faze zadržavaju uglavnom u porama filtracionog medijuma.

Filtracija se izvodi:

• Pri konstantnoj razlici pritisaka, kao pogonskoj sili - brzina filtracije menja sa vremenom

• Razlika pritisaka se menjasa vremenom –brzina filtracije je konstantna.

Postoji filtracija pod pritiskomi vakuum filtracija.

Izbor tipa filtracije zavisi od čitavog niza faktora:

• Fizičkih karakteristika čestica – oblik, veličina, težnja ka slepljivanju, lomljivost i dr. • Fizičkih i hemijskih osobina filtrata • Sadržaja čvrste faze u suspenziji • Vrednosti čvrste faze, odnosno vrednosti filtrata • Zahteva za čistoćom filtrata • Zahteva za čistoćom pogače

Kada je reč o poslednjem zahtevu, treba naglasiti da se često ispira kolač, kako bi se iz njega uklonio filtrat. Ovo se čini kada filtrat prlja kolač odnosno kadase zahteva određena čistoća kolača. To se čini i kada je filtrat vredna komponenta, pa bi njegovim zadržavanjem u kolaču nastali tehnološki gubici. Takođe, ukoliko je filtrat toksičan, zapaljiv.

Pranje kolača se izvodi na dva načina:

1. Tečnost za pranje se dodaje na filter na isti način kao i suspenzija. 2. Vrši se skidanje kolača sa filtracionog medijuma , zatim njegovo mešanje sa tečnošću za

pranje, pri čemu se stvara nova suspenzija, pa se vrši njena filtracija i operacija se ponavlja više puta do zahtevane čistoće kolača. Vrši se kada je pranje prvim načinom, zbog finoće čestica teško izvodljivo.

54

Periodično, zbog akumuliranja čestica čvrtse faze, neophodno je da se filtracioni medijum regeneriše-ispere. To se čini tečnošću za pranje koja prolazi kroz filtracioni medijum suprotnim smerom od smera filtracije.

Zaprljani filtracioni medijum se nekad spaljuje, a pepeo dalje tretira, ako je toksičan ili komercijalno vredan.

Filtracioni medijum može biti površinskiilidubinski:

• Filter-platna različite poroznosti • Filter-papiri različite poroznosti • Metalne tkanine • Sinterovani materijal • Sinterovano staklo • Porozna keramika • Sloj peska, uglja, perlita.. • Flic od različitog materijala: metal, plastika, ugljenik, prirodna vlakna.

13. Flotacione metode prečišćavanja otpadnih voda

Flotacija predstavlja složen fizičko-hemijski proces pri kojem se vrši uklanjanjesuspendovanih, koloidnih i delom rastvorenih materija, uz pomoć mehurića gasa. Mehurići gasa se „pričvršćuju“ na površinu čestice čineći je lakšom i nastali kompleks isplivava na površinu tečnosti. Na taj način se na vrhu tečnosti formira se flotacioni mulj (postojana pena) koji se kontinualno odvodi skimerima. Kao gas najčešće se koristi vazduh.

Kod procesa flotacije razlikuju se tri bitna koraka:

• Formiranje mehurića gasa • Formiranje agregacije mehur-čestica

55

• Isplivavanje i uklanjanje pene

Faktori koji utiču na proces flotacije:

• Veličina mehurića gasa • Koncentracija mehurića gasa • Površinske pojave

Veličina mehurića gasa zavisi od karakteristika difuzera, osobina tečnosti i gasa.(pH,

gustine struje, materijala od kog su napravljene katode i anode – kod elektroflotacije) Koncentracija mehurića zavisi od pritiska u atmosferi iznad tečnosti i pritiska u difuzeru. Površinska svojstva mehura gasa uslovljena su prirodom gasa, ali i prirodom tečnosti u kojoj se mehurovi nalaze.

Kombinuje se sa flokulacijom. Nakon flokulacije, nastaje velika količina raspršenih krupnijih flokula, na kojese onda lakše adsorbuju mehurići vazduha. Čvrste čestice, kapljice,molekuli ili joni iz tečne faze, „prilepljeni“ uz mehurove vazduha koji se formiraju u tečnoj fazi na različite načine, bivaju dominatnom silom potiska iznošene na površinu tečnosti, gde se koncentrišu u obliku pene koja se odatle uklanja.

• Na površini čestice se pričvrsti veći broj malih mehura gasa. Ako su mehuri dovoljno blizu jedan drugom, može da dođe do njihove koalescencije (spajanja) u veći mehur, slika a.

• Mehurovi gasa mogu da se pričvrste za individualnu česticu i da je transportuju na površini čestice, slika b.

• Čestice prisutne u sistemu mogu da formiraju svoje agregate koje mehuri gasa transportuju ka površini tečnosti kao celinu, slika c i d.

56

• Koalescencija mehurova, slika e. • Zarobljeni mehurovi u unutrašnjosti aglomerata, slika f.

Hemikalije za pospešivanje flotacije

U nekim slučajevima, kada su čestice u vodi koja se tretira, hidrofilne, potrebno je prethodno promeniti svojstva kvašljivosti prisutnih čestica.

• Površinski aktivne hemikalije sa polarno-nepolarnim molekulima Molekuli površinski aktivnih hemikalija se adsorbuju na površinu hidrofilnih čestica tako što se ugljovodonični deo molekula orijentiše prema zapremini tečnosti čineći tako nastale komplekse hidrofobnim.

• Masti i smeše proizvoda pri preradi nafte, drveta, uglja • Kiseline sa ugljovodoničnim radikalima, masne kiseline i njihove soli, naftenske kiseline • Organska jedinjenja sa dvovalentnim sumporom • Organska jedinjenja sa sulfatnim jonom • Organska jedinjenja sa azotom i fosforom • Merkaptani, di- i tri tiokarbonati • Alkilsulfati, alkilsulfonati • Amini, soli piridina.

Metode flotacije

Klasifikacija metoda flotacije može se izvesti na osnovu načina obezbeđivanja mehura vazduha:

• Flotacija dispergovanim vazduhom-mehurovi veći od 1 mm.

• Flotacija rastvorenim vazduhom-mehurovi od 20-100 µm.

• Elektroflotacija.

Najčešće korišćena tehnika proizvodnje zahtevane veličine mehurića vazduha je tehnika "rastvorenog vazduha".Vazduh se rastvara u vodi pod pritiskom.

Elektroflotacija

Izdvajanje polutanata na površini vode uz pomoć malih mehurova vodonika i kiseonika koji se stvaraju elektrolizom vode.

Elektrohemijska reakcija na katodiredukuje vodonik iz vode do elementarnog gasa. Na anoditeče proces oksidacije jona kiseonika iz vode do gasa kiseonika.

FAKTORI KOJI UTIČU NA EFIKASNOST ELEKTROFLOTACIJE

57

- Potrošnja elektroenergije (zavisi od izgleda uređaja, materijala od kojeg se prave

elektrode) - Potrošnja hemikalija - Efikasnost uklanjanja polutanata ( zavisi od veličine mehurova koji prolaze kroz sistem)

Efikasnost uklanjanja polutanata u velikoj meri zavisi odveličine mehurova koji prolaze

kroz sistem. Efikasnost elektroflotacije primarno zavisi od veličine mehurova koji se stvaraju u sistemu. To je zbog činjenice da manji mehurovi omogućavaju stvaranje veće kontaktne površine.

Potrošnja energije je u direktnoj vezi saizgledom uređaja, materijalima koji se koriste kao elektrode, uslovima koji vladaju u sistemu (gustina struje, provodljivost efluenta i drugo).

U zavisnosti od gustine struje i stanja površine elektroda varira količina i veličina mehurova koji se genenerišu u sistemu. Istraživanjem je ustanovljeno da je veličina mehurova suprotno proporcionalna gustini struje u slučaju niskih područija gustina struje.

Ako su čestice koje se žele ukloniti iz vode naelektrisane onda se preporučuje da i mehurovi budu naelektrisani (suprotnim naelektrisanjem).

Uticaj PH vrednosti

Veličina mehurova koji se stvaraju u sistemu su u direktnoj vezi sa pH vrednosti otpadne vode. Na pH 7 (neutralna sredina) mehurovi vodonika koji se formiraju su najmanji. Za kiseonik važi pravilo da sa povećanjem pH vrednosti raste i veličina mehurova. Treba napomenuti da veličina mehurova zavisi i od materijala od koga su izrađene katode i anode. Tokom rada može doći do variranja pH vrednosti, što dovodi do promene radnih uslova u sistemu i neželjenih posledica. Da ne bi došlo do ovog efekta, tokom rada se u sistem dodaje puferski rastvor radi održavanja pH vrednosti. Bez prisutnih pufera u blizini katode dolazi do brzog povećanja pH vrednosti, a u anodnom delu do smanjenja.

Primena flotacije u tretmanu otpadnih voda

• Smanjenje ukupnog organskog opterećenja (masti, ulja....?)

• Uklanjanje metala, fenola

• Uklanjanje površinski aktivnih materija

Uređaj za flotaciju se koristi kao sastavni deo uređaja za prečišćavanje sledećih otpadnih voda:

• iz prehrambene industrije (mlečna industrija, mesna industrija, klaonice, prerada voća i povrća, prerada ulja, …),

58

• iz industrije papira, • iz metalne industrije, • iz rafinerija, • i dr.

Danas se flotacija primenjuje u mnogim oblastima industrije:

• u obogaćivanju, u razdeljivanju ruda različitih metala i goriva, u izdvajanju visokovrednih komponenti iz rastvora

• dok se u obradi otpadnih voda primenjuje za: uklanjanje suspendovanih i emulgovanih zagađivača, koncentrisanje bioloških muljeva.

Primena elektroflotacije

• Elektroflotacija se primenjuje u procesima separacije, koncentracije suspendovanih čestica.

• Isti princip se primenjuje i prilikom primene elektroflotacije u procesima prečišćavanja otpadnih voda.

• Otpadne vode iz rudnika, vode zaprljane uljima, vode iz koksara, zemljišne vode, vode nastale u industriji hrane ili iz restorana, otpadne vode iz mlekara, gradska kanalizacija, jamske vode,vode koje sadrže koloidne čestice, teške metale, vode sa sadržajem zlata ili srebra ili drugih plemenitih metala. Otpadne vode iz industrije kože prečišćavaju se primenom elektroflotacije.

16. Ekstrakcija tečno-tečno u tretmanu otpadnih voda.

Primenjuje se, za sada, samo za industrijske i rudničke rastvore i otpadne vode.

To je separacioni postupak, pri kome se vodena faza, sa jonima metala u sebi, dovodi u kontakt sa organskom fazom (ekstragensom rastvorenim u organskom rastvaraču), pri čemu joni metala bivaju kompleksirani ekstragensom stvarajući metal-organsko jedinjenje:

Cu2+(v) + 2HL(o) → CuL2(o) + 2H+

(v) ekstrakcija

CuL2(o) + 2H+(v) → Cu2+

(v) + 2HL(o) reekstrakcija

59

Vodena faza predstavlja vodeni RASTVOR jedne ili više supstanci sa raznim stepenima kiselosti ili baznosti.Rastvorena supstanca se naziva RASTVORAK.Vodena faza se uravnotežava sa organskom fazom u cilju izdvajanja,koncentrisanja ili, ređe, prevođenje u neki drugi oblik jedne ili više supstanci.

EKSTRAGENSI su organska jedinjenja pomoću kojih se ostvaruje ekstrakcija. Ako je ekstragens u čvrstom stanju on se koristi rastvoren u nekom rastvaraču, a ako je u tečnom stanju može se koristiti samostalno.

RAZBLAŽIVAČ je inertni rastvarač pomešan u bilo kom odnosu sa ekstragensom; smanjuje viskozitet mešavine i na taj način poboljšava razdvajanje faza i umanjuje mogućnost stvaranja emulzije koja je u zavisnosti od međufaznog napona u interakciji razblaživač-ekstragens-voda.

U uslovima ravnoteže rastvora i ekstragensa, rastvorak iz vodene faze prelazi u organsku u zavisnosti od brojnih faktora: rastvorljivosti rastvorka u pojedinim fazama, prirode i sastava faze,vrste nastalog jedinjenja i dr.

Nakon uspostavljanja ravnoteže u sistemu, vrši se razdvajanje faza, pri čemu se javlja ostatak neorganske vodene faze, tzv. RAFINAT, i najčešće je bezvredan rastvor.

EKSTRAKCIJU skoro u svim slučajevima prati REEKSTRAKCIJA, proces ponovnog prevođenja ekstrahovane supstance, rastvorka iz organske faze u vodenu fazu.

Šta određuje ekstrakciju?

60

Koja sve jedinjenja mogu biti ekstragensi?

- Viši alkoholi – n-oktil alkohol; amil alkohol - Etri i njihovi derivati – dietil eter; Crawn ethers - Aldehidi – furfurol - Ketoni – metil-izobutil keton - Oksimi – saliciladoksim - Hinolini – 8-hidroksi hinolin (Keelex, Keelex-100) - Fenoli – dodecil fenol, fenil fenol - Estri neorganskih kiselina – dietil-heksil fosforne kiseline (DEHPA), tributil fosfat

(TBP), trioktil-fosfin oksid (TOPO) - Kaliksareni (Calixarenes)

Ekstragensi ili kombinacije ekstragenasa, nalaze se na tržištu pod svojim komercijalnim imenima: LIX 64, LIX860, Acorga, Cyanex, Adogen, Alamine, Versatic....

Koje uslove treba da zadovolji dobar ekstragens?

- Da ima visoku selektivnost prema ciljanom jonu - Da ima veliki kapacitet - Da se metal-organsko jedinjenje lako razgrađuje - Da se dobro rastvara u diluentu, tako da rastvor:

- Ima mali viskozitet, visok površinski napon i da gustina bude bitno različita od gustine vode - nije toksičan, zapaljiv, eksplozivan, isparljiv

- bude promenljiv sa vremenom

- JEFTIN!

Gde je sve SX proces našao primenu?

61

- Kolektivno/selektivno uklanjanje jona metala iz različitih izvora - Separacija dva ili više srodnih jona iz voda - Prečišćavanje lužnih rastvora - Uklanjanje neželjenih jona iz elektrolita cinka - Proizvodnja čiste fosforne kiseline - Uklanjanje hroma iz otpadnih voda za elektrolitičko hromiranje - Regeneracija rastvora od bajcovanja - U nuklearnoj tehnologiji za reprocesiranje gorivih elemenata - Uklanjanje kiselina iz otpadnih voda i rastvora

Dobre i loše strane procesa:

- Efikasan proces za selektivno ili kolektivno uklanjanje jona; - Kinetika procesa brza –visoka proizvodnost; - Visok stepen ekstrakcije je moguće postići; - Proces se odvija u dve etape: ekstrakcija i reekstrakcija; - Proces se vodi kontinualno i potpuno je automatizovan;

- Nije pogodan za veoma razblažene rastvore; - Nisu pogodni za male količine voda; - Ekološki nije potpuno prihvatljiva tehnologija. Ekstragensi su po pravilu nepovoljni za

okolinu. Diluenti su opasni! - Mogući su gubici organske faze, bilo fizičkim zahvatanjem ili delimičnim rastvaranjem

faza; - Zahtevaju se pojačane mere zaštite, što poskupljuje investiciona ulaganja. - Suspendovane nečistoće se moraju ukloniti iz voda pre ekstrakcije; - Ne dobija se konačni proizvod, već koncentrisani rastvor, koji treba dalje tretirati-

EW(elektroliza) ili neki drugi postupak.

62

12. Oksidacioni postupci destrukcija polutanata u otpadnim vodama

63

Unošenje oksidacionih agenasa u vodu ima dvostruki cilj: • Prvi je da se putem oksidacije razgrade zagađujuće supstancije ili prevedu u

manje toksične agense • Drugi je uništavanje mikroorganizama, tj. dezinfekcija vode.

Oksidansi:

Jedinjenja na bazi hlora; Jedinjenja na bazi drugih halogenih elemenata; Peroksidi; (kiseonika sa oksidacionim brojem -1) Persoli;

Primena:

Za ona jedinjenja rastvorena u vodi – organska i neorganska koja se ne mogu ukloniti metodom precipitacije, ili nekom od separacionih postupaka, u obliku u kome se nalaze.

To su: NH3; nitrati, nitriti; organska jedinjenja. Koji će od ovih agenasa biti upotrebljen zavisi od supstancija koje treba

oksidiovati, sastava otpadnih voda i niza drugih uslova, od kojih je i cena reagensa uvek prisutna.

Pored toga, važno je da ne nastaju sporedni produkti koje takode treba uklanjati, kao i da produkat redukcije samog oksidacionog agensa nije onaj koga treba posebno uklanjati.

Od svih oksidacionih agenasa danas se najviše upotrebljava hlor. Hlor

Hlor - Cl2 je veoma jak oksidans. Slabo je rastvoran u vodi (oko 7 g/dm3 na 20

oC)

Veoma je otrovan! 15 ppm izaziva nadražaj disajnih organa, a 50 ppm se smatra opasnim čak i pri kratkom izlaganju.

U vodi hidrolizuje stvarajući i hipohlorastu kiselinu: Cl2 + H2O = HOCl + HCl, koja, zbog nestabilnosti, disosuje na:

HCLO = H+ + ClO

- = H

+ + Cl

- + ½ O

Ispod 1 g/l u vodi postoji samo HClO i joni. Koriste se i soli hipohloraste kiseline koje, disosujući daju ClO

-(hipohloritni jon),

koji se koristi za tretman voda: NaOCl i Ca(OCl)

2

Količina HOCl plus OCl- naziva se slobodni raspoloživi hlor

64

Kako reaguje?

Hipohlorasta kiselina reaguje sa amonijakom gradeći hloramine: HOCl + NH3 = H2O + NH2Cl pH > 8.5 NH2Cl + HOCl = H2O + NHCl2 pH= 4.5 – 8.5 NHCl2 + HOCl = H2O + NCl3 pH< 4.4

Ako je:

Chlor< Camon < 1 stvaraju se mono- i di-hlor amin. U višku hlora amonijak se oksidiše do elementarnog azota: 2NH3 + 3Cl2= N2 + 6HCl

Kako hlor deluje na mikroorganizme?

Hlor je izuzetna baktericidna hemikalija. Izmedju HClO i ćelije bakterije ili virusa dolazi do interakcije koja utiče na životne

procese ćelije. Na bakterije deluje mnogo ubitačnije nego na viruse ili protozoe. Hloramini takodje imaju baktericidna svojstva. U količini većoj od 0,01 mg/l, hlor u vodenim resursima može da izazove ozbiljne

štete po živi mikro- svet. U nekim okolnostima mogu da se sintetizuju hlormetani (hloroform).

Hidroksid ClO2

Veoma jak oksidans i sredstvo za beljenje.

Koristi se za:

- uklanjanje mirisa i ukusa pri preradi voda; bilo za humanu upotrebu, ili otpadnih voda. - za oksidaciju jona mangana, gvožđa, .. - za oksidaciju organskih jedinjenja, fenola pre svega.

Rastvara se u vodi oko 2.9 g/l na 20o

C.U rashladjenoj vodi > 10 g/l. Hlor dioksid (prednosti i nedostaci)

• Prednosti – Velika efikasnost protiv svih vrsta mikroba

• Nedostaci – Skup reagens – Nestabilnost (mora se proizvoditi na mestu primene) – Visoka toksičnost

• 2ClO2 + 2OH- = H2O + ClO3- (Chlorate) + ClO2

-(Chlorite) (in alkaline pH) – Velika hemijska opasnost – Formiranje štetnih nus produkata – Nema rezidualno dejstvo

65

Ozon

• Alotropska modifikacija kiseonika. • Nestabilan gas, pa se proizvodi gde se i upotrebljava. • Ovo bitno utiče na cenu ozona. • Ima snažno baktericidno i virulentno dejstvo. • Koristi se u smeši sa vazduhom (2%vol) za sterilizaciju pitke vode i otpadnih voda. • Kvalitetniji je oksidans nego hlor (proizvodnja hloramina utiče na konkurentnost ozona

nad hlorom). • Ozon oksidiše trihalogenometane. • Proces je uspešniji pri UV svetlosti. • U kombinaciji sa adsorpcijom na aktivnom uglju postiže se visok stepen uklanjanja

organskih jedinjenja. Koristi se još za:

• Uklanjanje neprijatnih mirisa u proizvodnji hrane, u fermentacionim procesima, proizvodnji gume i plastike;

• Za regeneraciju fotohemikalija (oksidacija fero-cijanida do feri- oblika, nakon uklanjanja srebra);

• Oksidaciju anilina, fenola, organskih kiselina prisutnih u otpadnim vodama. • Pripremu pitke vode u gradovima.

66

17. Biološki aerobni procesi prečišćavanja otpadnih voda

Biološki procesi se primenjuju za prečišćavanje komunalnih otpadnih voda i industrijskih otpadnih voda sa pretežnim udelom organske (biološki razgradive) materije i sa sadržajem opasnih materija ispod kritičnih koncentracija.

Biološko prečišćavanje otpadnih voda zasnovano na sposobnosti mikroorganizama da mnoge organske i neorganske materije u vodi koriste kao hranu.

Mikroorganizmi, a naročito bakterije, u toku prečišćavanja vode, jedan deo nečistoća iz

vode (ugljenih hidrata) ugrade u svoj organizam, odnosno koriste za svoj rast, a drugi deo prevedu u ugljen-dioksid, vodu, biogas i neke mineralne soli.

Biološka razgradnja organskih materija u otpadnim vodama može se izvršiti u prisustvu

kiseonika (aerobni procesi) i uz pomoć aerobnih mikroorganizamaili u njegovom odsustvu (anaerobni procesi – anaerobna digestija)uz pomoć anaerobnih mikroorganizama.

Aerobno biološko prečišćavanje otpadnih voda može se opisati na sledeći način:

Mikroorganizmi + hranljive supstance + kiseonik

=

biomulj + voda + ugljen-dioksid + mineralne soli

Aerobnim procesima se proizvodi višak žive i mrtve organske i neorganske materije koji se naziva viškom mulja.

Biološki aerobni procesi su vrlo osetljivi i na sastav otpadnih voda, prvenstveno na količinu hranjivih materija (umnožavanje mikroorganizama u otpadnim vodama srazmerno je koncentraciji hranjivih materija), količinu kiseonika, temperaturu (povećanjem temperature ubrzavaju se biološki procesi),koncentraciju vodonikovih, H+jona (za većinu procesa optimalno je područje vrednosti pH između 6,5 i 8,5) ikoncentraciju otrovnih materija (koje ili usporavaju biološke procese ili mogu uništiti mikroorganizme - izuzetno su toksični teški metali; mogu se poređati u niz po opadajućoj toksičnosti Sb>Ag>Cu>Hg>Co>Ni>Pb>Cr>Cd>Zn>Fe)

67

Razlika je u putevima biološke oksidacijeorganskih materija.

Primer oksidacije glukoze za ova dva procesa je:

1. Aerobni

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O

sa nastajanjem velike količine slobodne energije ΔGo = -2880 kJ/mol,

i sa brzim i intenzivnim rastom biomase mikroorganizama, tj. brzim prečišćavanjem.

2. Anaerobni

C6H12O6 + 2H2O → 3CO2 + 3CH4

sa nastajanjem male količine slobodne energije ΔG = -405 kJ/mol

i sa sporim rastom mikroorganizama, tj. sporim prečišćavanjem

Aerobni procesi se koriste za obradu voda sa malom i srednjom koncentracijom organskih materija, a anaerobni za vode sa velikim organskim opterećenjem.

Aerobni procesi su daleko više zastupljeni kod obrade otpadnih voda.

18. Postupci aerobnog biološkog tretmana voda

Aerobni postupci se mogu odvijati na dva načina:

- sa suspendovanom mikroflorom (sa aktivnim muljem), i

- sa imobilisanom mikroflorom na inertnom nosaču (biološka filtracija).

Aerobni postupci sa suspendovanom mikroflorom dele se na:

- postupke sa aktivnim muljem u bioaeracionim bazenima,

- postupke u aerisanim lagunama (biološkim lagunama), i

- postupke u aerobnim (plitkim) jezerima (biološkim veštačkim jezerima).

68

Prema konstrukciji biofiltri mogu biti:

- sa ispunom od grubog zrnastog materijala (kamena, uglja, šljake, plastičnih elemenata) koji se nazivaju kapajući ili prokapni filtri, i

- sa površinama u obliku diskova koji rotiraju(biodiskovi,rotacioni biološki kontaktori - RBK).

Proces biofiltracije je stariji postupak od procesa sa aktivnim muljem čijim uvođenjem u primenu su bili potisnuti. Uvođenjem plastičnih inertnih ispuna (nosača) obnavlja se i raste primena biofiltara.

Procesi prečišćavanja vode sa aktivnim muljem

Proces sa aktivnim muljem danas predstavlja najrasprostranjeniji biološki postupakza prečišćavanje otpadnih voda. Prvi put je primenjen u Hjustonu (SAD) 1916. godine i to za prečišćavanje sanitarnih otpadnih voda. Zatim je počela njegova primena u Engleskoj, a potom i u drugim evropskim zemljama.

Prvi sistemi aerobne obrade voda bili su takozvana biološka veštačka jezera, ili biološke lagune. Slični sistemi se danas dosta koriste u oblastima sa umerenom klimom, pod uslovom da zemljište nije suviše skupo.

U sistemu sa aktivnim muljem mikroorganizmi se nalaze u lebdećem stanju, tj. nisu imobilisani na nosaču (kao što je slučaj pri primeni bioloških filtara).

Po izgledu predstavlja lebdeće pahulje od svetle do tamnosmeđe boje, koje se sastoji od velikog broja flokulisanih čestica.

Mikroorganizmi (bakterije, protozoe i dr.) nalaze se na želatinoznim pahuljicama mulja u bazenima za aeraciju gde se uz pomoć kiseonika obezbeđuju razgradnju supstrata (organskog zagađenja);

U osnovi mikroorganizmi oksiduju rastvorene i suspendovane organske materije u ugljen-dioksid i vodu u prisustvu kiseonika. Deo organskih materija se sintetiše u nove ćelije ili se koristi za rast postojećih ćelija, a ostatak se sastoji od otpada i viška mulja.

69

Uređaj sa aktivnim muljem pogodan za manje količine otpadnih voda (200-3000 m3/dan).

Sastoji se od dva koncentrično postavljena rezervoara, dubine oko 4 m i prečnika unutrašnjeg rezervoara 4 – 9 m, a spoljašnjeg 10 – 20 m.

Spoljašnji rezervoar ima ulogu aeracionog bazena.

Centralni deo ili unutrašnji bazen ima ulogu taložnika.

Lagune i plitki bazeni imaju veliku površinu, čime je obezbeđeno unošenje kiseonika.

U bazenima sa aktivnim muljem unošenje kiseonika vrši se uduvavanjem vazduha ili mešanjem pomoću mehaničkih aeratora, čime se povećava površina kontakta.

Otpadne vode se aerišu u bioaeracionom bazenu stvarajući uslove pogodne za intenzivni proces biorazgradnje (redukcija sadržaja organskih materija oko 95%). Nakon aeracije, sledi taloženje gde se odvaja biomasa – mikrobiološki mulj od efluenta.Deo mulja se vodi natrag u proces (aktivni mulj) gde služi kao aktivator biološkog procesa.Ostatak mulja se odvodi u uređaj za obradu mulja odnosno odlaže na odgovarajući način. Bistra prečišćena voda (efluent) se ispušta u prijemnik (recipijent), ili po potrebi vodi na dodatnu obradu (dezifekciju, filtriranje i sl.).

Prostor između zidova u ovom rezervoaru je podeljen na tri komore: za aeraciju, reaeraciju i aerobnu stabilizaciju mulja.

U procesu prečišćavanja pomoću aktivnog mulja, manje ili više intenzivno deluju različiti faktori i to: temperatura, vrednost pH, koncentracija kiseonika, intenzitet mešanja aktivnog mulja i stvaranje pahuljica.

Biološka filtracija

Organsko zagađenje se razgrađuje pomoću mikroorganizama koji se nalaze vezani na filterskom medijumu (nosaču) u obliku fine prevlake ili filma.

Debljina filma raste usled rasta mikroorganizama sve dok spoljnji sloj ne apsorbuje svu organsku materiju, usled čega se unutrašnji sloj koji se nalazi uz filterski medijum, gubi sposobnost prianjanja uz filterski medijum.

Biološki filtri su okrugli betonski bazeni prečnika 6-50m u kojima se nalazi ispuna od prirodnog ili veštačkog materijala na čijoj se površini formira film od mikroorganizama koji vrše razgradnju organskog zagađenja iz otpadne vode koja rosi filter.

Kod biofiltara je velika površina kontakta obezbeđena filtarskom ispunom preko koje se otpadna voda sliva, a dovod kiseonika se ostvaruje promajom ili uduvavanjem vazduha.

70

Rotirajući biodiskovi

Proces prečišćavanja vode sa rotirajućim biodiskovima je proces sa vezanom kulturom mikroorganizama gde medij rotira na čvrstom nosaču u bazenu sa otpadnom vodom.

Mikroorganizmi se nalaze vezani navelikim diskovima od sintetike koji rotiraju na jednoj osovini sa elektromotorom, uronjeni oko 40% u bazenu sa vodom. Obično su diskovi 3-3,5m u prečniku i rotiraju sa perifernom brzinom od 0,3 m/s.

Kako je oko 50 % vremena mikroflora izloženavazduhu, biodisk filteri su pogodniji za tretman voda većeg zagađenja u odnosu nakapajućebiofiltere.

Rotacija diskova doprinosi uklanjanju neaktivnihdelova biofilma, a mešanje vode izazvano rotacijom diskova nedozvoljava suspendovanim česticama da se istalože u samom biofiltru.

Lagune

Lagune su plitki, prostrani zemljani bazeni, u kojima se uglavnom prirodnim putem razgrađuje organsko zagađenje iz otpadne vode.

Koriste se uglavnom tamo gde postoji raspoloživo zemljište i pogodni klimatski uslovi.Čišćenje u lagunama je vrlo blisko postupku samoprečišćavanja vode u prirodnim vodnim sistemima.

Kiseonik se stvara u procesu fotosinteze. U dubljim lagunama primenjuje se mehanička aeracija.

Uz biološke procese u lagunama se istovremeno odvija i taloženje i isplivavanje u vodi prisutnih materija.

Lagune mogu biti aerobne ( prirodna aeracija), fakultativne (aerobno-anaerobne) i aerisane. Mogu biti sa kontinuiranim ispustom, kontrolisanim ispustom ili sa zadržavanjem( bez ispuštanja u površinske vode).

71

19. Biološki anaerobni procesi prečišćavanja otpadnih voda

Anaerobni biološki procesi su procesi pri kojima se uz pomoć mikroorganizama (anaerobnih metanogenih bakterija) i bez prisustva kiseonika, razgrađuju rastvorene organske materije i čestice organskog porekla, u biogas koga čine metan i ugljen-dioksid.Pri tome nastaje mala količina biomase anaerobnog mulja.

Služe za prečišćavanje otpadnih voda sa velikom koncentracijom organskih materija( sa velikim opterećenjem; npr. iz prehrambene industrije) – anaerobni proces sa aktivnim muljem.

Anaerobnim procesima prečišćavanja podvrgaju se otpadne vode iz proizvodnje mleka, šećera, mesnih prerađevina, prerade kvasca, sa farmi životinja.To su visoke onečićene vode čijim bi aerobnim prečišćavanjem nastala velika količina aktivnog mulja.

Prednosti primene anaerobnog nad aerobnim procesima prečišćavanja:

• mala količina proizvedene biomase anaerobnih mikroroganizama (anaerobnog mulja)budući se oko 90 % biorazgradljivih sastojaka s ugljenikom prevodi u biogas, a svega 10 % ubiomasu anaerobnih mikroorganizama. Od razgrađenih organskih supstanci u slučaju biološke prerade otpadnih voda iz papirne industrije samo oko 5 mas.% ugrađuje se u ćelije mikroorganizama i na kraju pojavljuje kao biomulj.

• mala potreba za hranjivim sastojcima (azot i fosfor) s obzirom na mali prirast biomase anaerobnih mikroorganizama,stoga se kao suvišni sastojci mogu naći u prečišćenoj vodi ili stabilizovanom (fermentisanom) mulju.

• proces se provodi u zatvorenim reaktorima (fermentorima) pa je širenje neugodnog mirisaiz otpadne vode ili mulja ili razgradnih produkata sprečeno.

• proces je anaeroban (bez unosa kiseonika) pa je potrebna energija za održavanje procesa znatno smanjena.

• konačni proizvod anaerobnog procesa obrade otpadne vode je: prečišćena voda sa učinkom uklanjanja organskih sastojaka preko 80 %,proizvedeni gas kao izvor energije ili toplote i biomasa anaerobnih mikroorganizama (anaerobni mulj) koja se može upotrebiti kao đubrivo ukoliko u njima nisu prisutne značajnije koncentracije metala ili drugih toksičnih sastojaka.

72

Nedostaci procesa:

• velika osetljivost procesai zbog neznatnog kolebanja vrednosti odabranih osnovnih činilaca vođenja procesa: pH-vrednost i temperature.

• utrošak toplotejer je proces anaerobne razgradnje otpadne vode ili mulja, endoterman pa se otpadna voda ili mulj kao supstrat u reaktoru (fermentoru) moraju grejati ako je proces diskontinualan kako bi se održala odabranatemperatura procesa (mezofilna ili termofilna) ili ih predgrejavati ako je proces kontinualan.

• prisutnost hranjivih sastojaka sa azotom i fosforom u prečišćenoj vodi, zbog njihovog malog utroška tokom rasta anaerobne biomase mikroorganizama.

Anaerobni proces razgradnje organske faze sastoji se iz četiri faze:

I faza: nerastvorne organske materije (ugljeni hidrati, masti, belančevine) hidrolitičke bakterije hidrolizuju (FAZA HIDROLIZE)Složeni organski polimeri hidrolizuju u manje jedinice kao što su šećeri, masne kiseline dugog lanca i amino-kiseline.

II faza: dobijene rastvorene organske materije prevode se u organske kiseline, alkohole, aldehide, sirćetnu kiselinu,itd., kao i u H2 i CO2putem kiselinskih bakterija (FAZA KISELOG VRENJA-acidogeneza).

III faza: proizvode druge faze,acetatne bakterije prevode u acetate (FAZA STVARANJA ACETATA-acetogeneza).

IV faza: metanske bakterije od proizvoda iz prethodne faze grade metan (CH4) i ugljen dioksid (CO2) –FAZA METANSKOG VRENJA(metanogeneza). Ove bakterije su izuzetno osetljive na prisustvo kiseonika i pH vrednost, i žive u simbiozi sa acetatnim bakterijama.

Ako se u otpadnoj vodi nalaze organska i mineralna jedinjenja sumpora, bakterije desulfurikatori ih redukuju do H2S, koristeći pri tome sirćetnu kiselinu, H2 i CO2 obrazovane u fazi kiselog vrenja.

Nakon I i II stepena prečišćavanja u otpadnim vodama uvek će zaostati jedna količina teško biorazgradivih organskih supstanci, kao i jedan udeo neorganskih supstanci.

III stepen - kombinacija metoda hemijske oksidacije i biohemijskog aerobnog prečišćavanja primenom bioreaktora tipa biofiltra, kao i različite membranske tehnike separacije (mikrofiltracija, ultrafiltracija i reverzna osmoza), pa čak i destilacija.

Posle anaerobnog prečiščavanja ( stepen prečišćavanja može biti i do 80 %), potrebna je dalja aerobna obrada.

Voda prečšćena u anaerobnom delu može još uvek sadržati znatnu količinu biološki razgradljivih materija (na pr. BPK sirove vode od 10000 mg/l može se smanjiti na 2000 mg/l) i ne sadrži rastvoreni kiseonik.

73

20. Anaerobna digestija

Anaerobna digestija (A/D) je : upotreba mikroorganizama u odsustvu kiseonika za stabilizaciju organskih materija prevođenjem u metan i neorganske produkte, uključujući ugljen-dioksid:

A/D postupak se koristi za tretman otpadnih voda iz industrijske, poljoprivredne proizvodnje i gradova.

Industrijske otpadne vode su poreklom iz:

− pivara,

− mlekara,

− proizvodnje hrane,

− hemijske industrije,

− farmaceutske industrije,

− vinarija i dr.

Upotreba A/D je korisna za:

− smanjenje zagađujućih komponenata u otpadnim vodama,

− eliminaciju patogenih mikroorganizama,

− dobijanje đubriva (ili goriva) od čvrstog ostatka iz procesa,

− dobijanje biogasa kao energenta.

U postupku A/D deluju četiri grupe mikroorganizama (bakterija) čije kumulativno dejstvo omogućava kontinuitet i stabilnost procesa.

74

U anaerobnoj preradi organskog otpada postoje tri osnovne faze (stupnja), kao što je prikazano na slici 1.

75

Tehnološki proces anaerobnog vrenja uslovljen je postojanjem i ispunjavanjem odgovarajućih uslova - kako bi se postigao rezultat sa višim stepenom razgradnje organskih materija i zadovoljavajući kvalitet i prinos biogasa.

Osnovni tehnološki uslovi za proces anaerobnog vrenja su:

1. Krupnoća i vrsta materijala, 2. Temperatura u toku procesa, 3. Vrednost pH, 4. Kvalitet metanskih bakterija, 5. Bezkiseonična atmosfera digestora, 6. Vreme zadržavanja supstrata u digestoru, 7. Odnos ugljenika i azota u supstratu (C/N), 8. Mešanje supstrata u digestoru, 9. Odnos suve organske materije i vode u supstratu.

Organski materijal koji ulazi u digestor neophodno je da bude što sitniji, kako bi proces vrenja imao normalan tok. Supstrat krupnijih česticaprodužava vreme anaerobnog vrenja, što za sobom povlačipovećanje potrebne zapremine digestora. Zato je na postrojenju za prečišćavanje gradskih otpadnih voda, neophodna ugradnja rešetaka, peskolova i taložnika za prethodnu obradu.

Temperatura pri kojoj se odvija proces anaerobnog vrenja veoma je važan parametar, od kojeg ne zavisi samo kojeg tipa će biti proces, nego i koliko će se biogasa dobiti, koliko će dugo trajati proces vrenja i koliki će biti stepen razgradnje organske materije.

Vrednost pH je po važnosti jedan od bitnih tehnoloških uslova anaerobnog vrenja. Za vreme trajanja anaerobnog vrenja, zavisno od toga koja se faza odvija, vrednost pH se menja u granicama od 5,5 do 8,2. U slučaju da se supstrat dodaje u digestor kontinuirano svakog dana, tada se pH vrednost kreće u granicama od 6,5 do 7,5. Inače je poželjno da ovaj interval bude nešto uži, odnosno da se pH vrednost kreće u granicama od 6,8 do 7,2. Važno je znati da što je supstrat u digestoru kiseliji, slabiji je rad metanskih bakterija.

Brzina i obim proizvodnje biogasa, odnosno njegovog najvažnijeg sastojka - metana, uslovljene su kvalitetom metanskih bakterija.Kvalitet metanskih bakterija zavisi od ostalih uslova koji vladaju u digestoru:

• temperatura, • pritisak, • kiselost, • mešanje supstrata.

76

Bezkiseonična atmosfera u digestoruje osnovni uslov za postojanje procesa anaerobnog vrenja, jer samo u bezkiseoničnoj atmosferi digestora mogu se razvijati i biti aktivne metanske bakterije. Obezbeđenje bezkiseonične atmosfere vrši se dobrim zaptivanjem svih spojeva i sastava konstrukcije i cevovoda. U početku rada digestora proces je aeroban, tj. u kiseoničnoj atmosferi pa se razvijaju aerobne bakterije. Kad one potroše raspoloživi kiseonik, tek onda počinje proces anaerobnog vrenja.

Vreme zadržavanja supstrata u digestoruzavisi odod temperturskog režima.

Za normalnu aktivnost i reprodukciju metanskih bakterija neophodan uslov je povoljan odnos ugljenika i azota u materiji koja se digestira.Smatra se povoljnim odnos C:N od 25:1 do 35:1. Najbolji odnos je 30:1. Ovakav odnos je potreban zato što metanske bakterije za oko 30 puta brže troše ugljenik nego azot.Na održavanje odnosa ugljenika i azota, kao i na količinu ugljenika u digestoru povoljno deluje svakodnevno dodavanje supstrata i dobro mešanje u digestoru.

Metanske bakterije su male pokretljivosti a kako se brzo razmnožavaju i još brže koriste sastojke supstrata u svojoj aktivnosti, neophodno je dovesti ih u poziciju da se navedene aktivnosti neometano obavljaju.Mešanje dovedenog supstrata u digestoru ima za cilj da reši problem koji nastaje zbog slabe pokretljivosti metanskih bakterija. Mešanje je povoljno i radi sprečavanja taloženja težih čestica na dno digestora, što vodi smanjenju aktivne zapremine, odnosno zapremine u kojoj su aktivne metanske bakterije.

U svakoj od faza anaerobnog vrenja vrlo je važan sadržaj vode u supstratu. Ako nema vode u dovoljnoj količini tada se aktivnost metanskih bakterija usporava, a ako je vode previše razgradnja ne može da se obavi u predviđenom obimu pa je materija koja napušta digestor gotovo nerazgrađena.

21. Membranski filtracioni procesi

Sredinom prošlog veka (60-tih godina) započinje razvoj sintetičkih membrana, a njihova intenzivna primena u procesima obrade voda započinje 70-tih godina 20 veka. Membranski procesi-nove tehnologije obrade voda, sve više zamenjuju klasične, konvencionalne postupke.

Membranske tehnologije postaju sve značajnije za komunalne uređaje zbog razvoja membrana koja su sve bolje i sve jeftinije, te se time smanjuju investicioni i eksploatacioni troškovi.

Membranski procesi su procesi razmene mase i energije između dve faze, kroz tanak sloj sastavljen od treće faze (membrana, koja se, po svojim fizičko-hemijskim karakteristikama, razlikuje od obe faze koje razdvaja).

Membrana predstavlja selektivnu prepreku između dve faze.

77

MODUL - Najmanja jedinica koja sadrži jednu ili više membrana i potpornu građu (porozni potporni slojevi za sakupljanje i izvod permeata, ulazni i izlazni priključci).

Ulazna struja se u membranskom elementu razdvaja na dve struje:

PERMEAT- proizvod (čista voda), onaj deo otpadne vode koji je prošao kroz membranu

RETENTAT – struja vode sa povećanom koncentracijom određenih komponenata, koja se izvodi sa spoljne strane membrane (koncentrovana voda, deo otpadne vode koji je membrana zadržala).

Klasifikacija membrana

Po fizičkoj strukturi i načinu transporta materije:

• makroporozne – prenos mase-konvekcija i difuzija; – deluju kao sita za čestice znatno veće od veličine molekula; – interakcije između zidova pora i molekula materije koja se prenosi imaju

malo uticaja na permeabilnost i selektivnost. • mikroporozne

– prečnik pora je manji od 1 nm; – ovakve pore nastaju u polimernim filmovima, usled nepravilnog pakovanja

sklupčastih lančastih molekula; dok kod kristalnih filmova nastaju usled defekata u kristalnoj rešetki i međuprostorima između kristalita;

– prenos mase se vrši kombinacijom konvekcije, difuzije u porama, površinske difuzije duž zidova pora i difuzije u materijalu između pora.

• membrane tipa rastvarača – su tečni filmovi, tečne membrane u porama čvrstih nosača, ili čvrste

neporozne membrane. Prenos mase se kod njih vrši rastvaranjem pojedinih komponenata smeše i difuzijom kroz membranu.

• membrane tipa gela – nastaju upijanjem tečnosti u polimerni materijal koji bubri i prelazi u gel. Kod

umreženih polimera obrazuje se struktura sa jako umreženim delovima, koji razdvajaju međusobno povezane prostore sa slabo umreženim polimerom. U ovim međuprostorima, obrazuju se i šupljine ispunjene tečnošću. Prema veličini i interakcijama sa polimerom i tečnošću, koja izaziva bubrenje gela, različiti molekuli kretaće se različitim putanjama i brzinama u polimeru, tako da se dobijaju složeni mehanizmi transporta, koji se mogu analizirati samo na osnovu eksperimentalnih rezultata, ili na osnovu fenomenoloških izraza termodinamike nepovratnih procesa.

78

• membrane tipa jonskih provodnika – selektivno provode određene jone zbog specifičnog sastava i strukture

kristalne rešetke. Na sličan način, pojedine neporozne metalne membrane provode atomski vodonik.

Membrane se, kao što se i iz prethodne podele može uočiti, dele na porozne i neporozne.

Neporozne membrane su tipične jono-izmenjivačke membrane koje sadrže određene funkcionalne grupe (pozitivno ili negativno orjentisane). Kod ovih membrana, razdvajanje i selektivnost se postižu usled odbijanja jona istog naelektrisanja.

Drugi primer neporoznih membrana su tečne membrane na čvrstom nosaču. U ovom slučaju, selektivnost se postiže u hemijskom smislu.

Suprotno neporoznim, porozne membrane su neselektivne, jer se kroz pore mogu transportovati ma koja jedinjenja odgovarajuće veličine molekula.

Membrane mogu biti homogene i heterogene.

Heterogene membrane se rade kao slojevite membrane sa više slojeva različitih struktura i perm-selektivnih karakteristika, mozaičke membrane sa elementima različitih karakteristika raspoređenih po celoj debljini membrane i membrane sa stohastički raspoređenim zrnima ili mrežama od različitog materijala.

Realne membrane često imaju karakteristike više navedenih grupa. Za reversno-osmotske membrane, dobijene asimetričnim livenjem iz rastvora, može se reći da pripadaju u sve četiri grupe. Zbog povoljnih mehaničkih karakteristika često se membrane rade kao heterogene sa nosećim slojem i aktivnim slojem ili sa aktivnim filmom u šupljinama noseće membrane.

Primena membranske tehnologije je, danas, veoma raznovrsna – počev od:

• desalinacije morske vode, • prerade otpadnih voda i gasova, • preko brojnih separacionih problema u hemijskoj, farmaceutskoj, industriji hrane i

pića, sve do medicine, upotrebe veštačkog bubrega, i dr.

Ovi separacioni procesi se ekonomično mogu uvrstiti u sisteme za proizvodnju vrednih materijala, za recikliranje materijala upotrebljenog u procesu, za tretman otpadne i vode za piće, te pri pronalaženju tragova metala u zemlji i podzemnim vodama.

79

Otud, i veliki broj različitih membranskih procesa koji se, u osnovi, mogu podeliti u dve grupe:

• Membranski procesi za separaciju tečnih smeša, i • Membranski procesi za separaciju gasova

Membranski procesi za separaciju tečnih smeša:

– Membranski filtracioni procesi – (MIKROFILTRACIJA;ULTRAFILTRACIJA; NANOFILTRACIJA) – Elektro-membranski procesi – Pertrakcija – Hibridni procesi (koji se koriste za recikliranje para rastvarača, te o njima ovde neće – biti reči).

Membranski procesi - Uklanjanje finih čestica, kapi, koloidnih čestica, rastvorene materije; ...ili čak i jona i virusa

POGONSKA SILA → RAZLIKA PRITISAKA SA OBE STRANE MEMBRANE;

Membrana mikro i ultrafiltracije, razdvaja rastvorenu supstancu prema veličini njenih čestica;

Membrana nanofiltracije - prema veličini molekula i naelektrisanju;

Membrana hiperfiltracije (reversne osmoze) – propušta posebno rastvarač (uglavnom vodu).

ELEKTRO-MEMBRANSKI PROCESI.

Difuziona dijaliza je membranski proces, pokretan koncentracionim gradijentom, gde primenjena jonoizmenjivačka membrana razdvaja slobodne kiseline ili baze od njihovih soli.

Elektro-dijaliza je elektrohemijski separacioni proces, u kojem se, pod dejstvom električnog polja, uz primenu jonoizmenjivačke membrane (anjonske, katjonske), mogu izdvojiti joni (katjoni, anjoni). Upotrebljava se za izdvajanje natrijum-hlorida iz morske vode, prečišćavanje vode za piće, izdvajanje jona metala iz otpadnih voda galvanizacije, desalinaciju/deacidifikaciju sokova u industriji hrane i pića.

Elektro-dijaliza sa bipolarnim membranama je analogna elektro-dijalizi. Sastoji se od bipolarne membrane, koja je ujedno i katjonska i anjonska jonoizmenjivačka membrana. Pogodna je za proizvodnju kiselina i baza iz njihovih soli.

80

MODULI:

• Modul na principu filter prese (ramsko-pločasti) – Sadrži niz paralelenih okvira. – U svakom drugom okviru smeštene su plastične ili metalne podloge i na njih su sa obe

strane pričvršćene membrane. – Okviri sa membranama su odvojeni praznim okvirima kroz koje se uvodi otpadna voda, a

čitav snop je smešten u sud pod pritiskom.

• Spralni modul

Formira se od pločastih elemenata koji se zatim uvijaju u spiralu, pri čemu se formiraju prolazi za potrebne tokove.

81

• Cevni modul

Može imati 2 varijante:

– Sa membranama unutar metalne ili ojačane plastične cevi – Sa membranama izvan nje

Češći je oblik sa membranama unutar perforirane cevi kroz koju protiče voda pod pritiskom.

Produkt prolazi kroz membranu, pa izlazi kroz rupice na cevi.

• Modul sa šupljim vlaknima

Sastoji se od šupljih vlakana smeštenih u posudi pod pritiskom.

Krajevi vlakana posebnim su postupkom učvršćeni u ploče od epoksi smole, tako da voda koja ulazi u posudu, dolazi na snop vlakana spolja, a permeat - čista voda na čeonim stranama izlazi iz njih.

22. Osmoza, dijaliza, elektrodijaliza

Osmoza – predstavlja difuziju molekula rastvarača kroz polupropustljivu membranu, koja propušta molekule rastvarača ali ne propušta molekule rastvorne supstance. Ona se javlja kada su koncentracije rastvora sa dve strane membrane različite. Pošto polupropustljiva membrana propušta samo molekule rastvarača, ali ne i molekule rastvorne supstance, dolazi do difuzije rastvarača kroz membranu, tj. molekuli rastvarača prolaze kroz membranu kako bi se izjednačile koncentracije sa obe strane membrane.

Najvažnija primena reverzne osmoze je prečišćavanje vode, i to:

- desalinacija morske vode - dobijanje vode za piće i

- dobijanje ultra čiste vode za specijalne svrhe - prečišćavanje otpadnih voda.

Do pojave osmoze dolazi kada su rastvarač (na primer čista voda) i rastvor (na primer neprečišćena voda) u dodiru preko polupropustljive membrane.Ova membrana dozvoljava prolaz molekulima vode, ali kroz nju ne mogu da prođu samo molekuli ili joni koji se nalaze rastvoreni u vodi.Usled ovoga molekuli vode će prolaziti kroz polupropustljivu membranu u rastvor (neprečišćenu vodu), pa će rasti nivo tečnosti u delu stuba neprečišćene vode (razlika nivoa neprečišćene i prečišćene vode) i osmotski pritisak (pritisak pod cijim dejstvom molekuli iz čiste vode prolaze kroz membranu u deo suda sa neprečišćenom vodom). Ako se deluje na neprečišćenu vodu pritiskom koji je veći od osmotskog pritiska doći ce do obrnutog procesa - molekuli vode će iz prostora sa neprečišćenom vodom da prelaze u prostor sa čistom vodom, dok će molekuli ili joni u njemu ostati, jer ne mogu da prođu kroz membranu.

82

A-neprečiščena voda; B-čista voda

Korišćenjem ovog postupka pri prečišćavanju otpadnih voda pored čiste vode, dobija se i otpadna voda sa povećanom koncentracijom supstancija, koja mora obično da se podrvrgne daljoj obradi.

Elektrodijaliza - to je elektrohemijski separacioni proces, u kojem se, pod dejstvom električnog polja, uz primenu jonoizmenjivačke membrane (anjonske, katjonske), mogu izdvojiti joni (katjoni, anjoni).

Upotrebljava se za:

– izdvajanje natrijum-hlorida iz morske vode – prečišćavanje vode za piće, – izdvajanje jona metala iz otpadnih voda galvanizacije, – desalinaciju/deacidifikaciju sokova u industriji hrane i pića.

Elektro-dijaliza sa bipolarnim membranama je analogna elektro-dijalizi. Sastoji se od bipolarne membrane, koja je ujedno i katjonska i anjonska jonoizmenjivačka membrana. Pogodna je za proizvodnju kiselina i baza iz njihovih soli.

Difuziona dijaliza je membranski proces, pokretan koncentracionim gradijentom, gde primenjena jonoizmenjivačka membrana razdvaja slobodne kiseline ili baze od njihovih soli.

Dijaliza – je metod kojim se veliki molekuli (skrob, protein) i mali molekuli (glukoza, amino kiseline)mogu biti odvojeni u rastvoru selektivnom difuzijom kroz polupropustljivu membranu.

83

23. Pertrakcija - SLM postupak

Predstavlja kombinaciju solventne ekstrakcije i membranske tehnike.

SLM tehnika je specifični oblik pertrakcije, razvijen na poluindustrijskom i industrijskom nivou za uklanjanje organskih polutanata iz efluenata raznih industrija. Tokom razvoja, SLM tehnika se pokazala efikasnom za uklanjanje halogeno-ugljovodonika, pesticida i nekih mono i poliaromatskih jedinjenja.

Princip rada:

Polupropustljiva membrana se impregnira određenim ekstragensom i na taj način postaje sposobna da selektivno propusti/ekstrahuje samo određenu jonsku vrstu, dok je nepropustljiva za ostale jone. Membrana je ovde samo nosač ekstragensa.

Koriste se iste geometrije kao i kod običnih membrana. Najzastupljenija je tzv. kolona sa šupljim vlaknimakoja se sastoji od šupljih vlakana smeštenih u posudi pod pritiskom.

Tečna pertrakcija je membranski separacioni proces u čijoj se osnovi nalazi proces ekstrakcije tečno-tečno, čiji se hemizam može uprošćeno predstaviti sledečim reakcijama:

Joni bakra transferuju iz vodene u organsku fazu, sa kojom grade nestabilan kompleks CuL2koji se lako razgrađuje u kontaktu sa vodenim rastvorima kiselina (pH<1). Pri reekstrakciji dolazi do transferovanja jona bakra nazad u vodenu fazu, pri čemu se vrši koncentrisanje jona bakra. Pogonska sila ovih procesa je koncentracioni gradijent.

Transfer jona iz vodene faze, koja kontinualno protiče kroz modul, odvija se pod dejstvom razlika u koncentracijama jona u vodenoj i organskoj fazi. Joni difunduju iz vodene faze kroz porozna vlakna u unutrašnjost, gde obrazuju nestabilan kompleks CuL2 (o), dok se istovremeno odvija difuzija H+ jona iz organske u vodenu fazu.

Ovom prenosu mase, suprotstavljaju se tri otpora . Jedan od njih se javlja u graničnom sloju tečnosti uz sama vlakna (1); drugi se suprotstavlja difundovanju jona bakra kroz tečnu membranu unutar pora (2); a treći – kroz tečnu membranu unutar vlakna (3). Tipični pretpostavljeni koncentracioni profil rastvorka kroz zid i unutrašnjost vlakna, prikazan je na slici.

84

Šematski prikaz jonske izmene Tipični koncentracioni profil rastvorka kroz zid i unutrašnjost u šupljem vlaknu šupljeg vlakna: 1. Granični sloj, 2. Tečna membrana, 3. Unutrašnjost vlakna

Pri nekom protoku Q, rastvor bakar–sulfata na ulazu u modul, ima početnu koncentraciju Co. Prolaskom rastvora kroz modul ova koncentracija se smanjuje, pa na izlazu rastvor ima koncentraciju Ci i nepromenjeni protok (imajući u vidu da se radi o razblaženim rastvorima, može se pretpostaviti da promena koncentracije ne utiče na promenu protoka).

Razlika koncentracija na ulazu i izlazu iz modula (C0>Ci) upućuje na to da je u modulu došlo do akumulacije jona bakra, odnosno do prenosa mase iz vodene u organsku masu.

Dobre i loše strane membranske tehnike:

– Moćan tehnološki postupak za separaciju čestica submikronskih i nano dimenzija iz voda – Visoka efikasnost separacije. Ona se vrši bez promena faza. – Mogućnost separacije po veličini i po vrstama – Kontinualan proces – potpuno automatizovan – Pogodan za veoma razblažene rastvore

– Spor proces – Znatna investiciona ulaganja – Znatan utrošak energije – Ne dobija se konačan proizvod, već se retentat mora dalje procesuirati.

85

24. Osnovne osobine muljeva i klasifikacija metoda obrade muljeva

• čestice neorganskog, krupnije ili finije, hemijski stabilne, suspendovane u vodi u koncentraciji da ga čini manje ili više tečljivim ( max. conc. čvrstog 60%mas);

• čestice neorganskog, hemijski nestabilne, koje reaguju na vazduhu:

– pod dejstvom svetlosti i toplote; – zbog promene pH sredine – zbog prisustva bakterija;

• čestice organskog, krupnije ili finije, lakše ili teže od vode;

• koloidni rastvori • bakterije – žive i izumrle; • mešavina svega navedenog; prisustvo

bakterija čini ovakve muljeve opasnim.

Otpadni mulj je mešavina vode, neorganskih i organskih materijala uklonjenih iz otpadnih voda iz različitih izvora (kanalizacija, industrije), oticanja sa puteva i drugih popločanih oblasti, kroz fizičke, biološke i hemijske tretmane.

Obično se mulj odnosi na rezidual, polu-čvrst materijal zaostao iz procesa obrade komunalnih ili industrijskih otpadnih voda.

Razvoj tehnologije za prečišćavanje otpadnih voda uz strogu primenu zakona o životnoj sredini je uspešno štitilo vodeni sistem od zagađenja u mnogim zemljama sveta. Međutim, otpadni mulj, kao nus-proizvod rada postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda, se takođe stvara u isto vreme. Za razliku od drugih vrsta otpada, otpadni mulj se ne može izbeći i njegovo stvaranje će se naprotiv povećati zajedno sa povećanjem ispuštanja i obrade otpadnih voda.

Vrsta mulja zavisi od vrste otpada i vrste tretmana i razlikuju se:

1) Primarni mulj

2) Sekundarni mulj

3) Mešoviti mulj

4) Tercijarni mulj

5) Mulj nakon digestije

86

6) Mulj nakon odvodnjavanja - stabilizovani mulj

SASTAV OTPADNOG MULJA

Svakakomponenta otpadnog mulja ima svoj uticaj na životnu sredinu, koji se mora uzeti u obzir prilikom biranja načina odlaganja mulja.

Sastav otpadnog mulja karakteriše šest grupa jedinjenja:

1) Netoksična organska jedinjenja ugljenika,velikim delom biološkog porekla (materijali biljnog i životinjskog porekla, uključujući proteine, amino-kiseline, šećere i masti).

2) Komponente koje sadrže N i P.

3) Toksične neorganske i organske zagađivače (teški metali kao što su: Zn, Pb, Cu, Cr, Ni, Cd, Hg, i As čije koncentracije variraju od <1 ppm do >1000 ppm; polihlorovani bifenili, policiklični aromatični ugljovodonici, dioksine, pesticide, nonil fenoli, alkil-sulfonati, furani, fenoli, ftalati i dr.).

4) Patogeni organizmi i drugi mikrobiloški zagađivači.

5) Neorganska jedinjenja kao što su silikati, jedinjenja kalcijuma i magnezijuma.

6) Voda, u rasponu od nekoliko procenata do 95%.

Sastav otpadnog mulja uglavnom zavisi od gustine naseljenosti populacije i njihovih navika, kao i od proporcije i prirode industrijske baze zajednice. Osnovni problem otpadnog mulja je da su sva ova jedinjenja izmešana u njemu. Neki od ovih materija mogu biti fitotoksične, a neke toksične po ljude i životinje, pa je zato važna kontrola koncentracija u zemljištu ovih potencijalno toksičnih jedinjenja. Jedinjenja organskog ugljenika, fosfora i azota mogu se smatrati vrednim jedinjenjima (komponentama). Ovo se obično odnosi i na neorganska jedinjenja. Svaka komponenta otpadnog mulja ima svoj uticaj na životnu sredinu, koji se mora uzeti u obzir prilikom biranja načina odlaganja mulja. Održivi tretman uključuje obnavljanje i ponovnu upotrebu korisnih komponenti i minimizaciju mogućeg negativnog uticaja otpadnog mulja ili ostataka posle obrade otpadnog mulja na okolinu i ljude. Zbog transporta, odlaganja i efikasnog tretmana, takođe je često potrebno ukloniti vodu. Količina komponenata koje sadrže azot u mulju je mala u poređenju sa količinom ovih komponenti prisutnih u otpadnoj vodi. Količina fosfora u otpadnom mulju zavisi od vrste procesa obrade otpadnih voda.

87

Svrha obrade mulja:

-Smanjenje zapremnine (kako bi se smanjile količine koje treba odložiti),radi smanjenja objekata obrade i deponija mulja,

- Stabilizacija mulja radi sprečavanja razgradnje.

Osnovni postupci obrade mulja:

- Zgušnjavanje

- Stabilizacija

- Kondicioniranje

- Dezinfekcija

- Termička obrada

- Odlaganje

Postupci obrade mulja su raznovrsni te se mogu kombinovati na različite načine. Najčešće se grupišu u tri osnovne grupe obrade:

a) Postupci za smanjenje zapremnine mulja i količine vode (hemijsko ili fizičko kondicioniranje, zgušnjavanje – gravitacija ili flotacija, odvajanje vode – prirodno ili mehanički, sušenje).

b) Prerada za stabilizaciju materijala podložnih raspadanju (anaerobno truljenje, aerobna stabilizacija, kompostiranje, plinofikacija, spaljivanje).

c) Uništavanje patogenih organizama (pasterizacija, zračenje, hemijski postupci).

Ponekad su muljevi sa postrojenja nepodesni za primenu u poljoprivredi, npr. zbog prisustva neprihvatljivo visoke koncentracije teških metala ili nekih drugih zagađenja iz industrijskih otpadnih voda. U tom slučaju na raspolaganju su dve glavne opcije: konverzija mulja u čvrst filterski “kolač” nakon čega se odlaže na deponiju i konverzija mulja u čvrst oblik i njegovo spaljivanje uz neophodno odlaganje pepela na deponiju.

Kod termičkih procesa je glavni cilj da se iskoristi kalorična vrednost mulja (kalorična vrednost MJ/kg: kod suvog mulja 23-29, kod mulja sa biološkog filtra 16-23) na način da emisija ima minimalni negativni uticaj na okolinu. Sa druge strane, dobro je poznato da muljevi imaju visoki sadržaj vode, tako da se dobar deo energije utroši na smanjenje vlažnosti mulja. Kod termičkih procesa treba uzeti u obzir: višak energije koji je potreban za postizanje visokih temperature, visoke troškove i potrebu za postrojenjem za tretman gasova.

88

Šta se podrazumeva pod tretmanom mulja?

ODVODNJAVANJE – uklanjanje vlage iz mulja;

STABILIZACIJA – da bude hemijski inertan prema okolini;

PRERADA – valorizacija korisnih komponenti sadržanih u njemu;

TRANSPORT NA DEPONIJU – definitivno odlaganje ostatka čvrste faze sadržane u mulju nakon procesiranja.

Izbor postupaka za tretman mulja – šta predstavlja?

KARAKTERIZACIJU MULJA, što znači:

- odredjivanje koncentracije čvrste faze; - odredjivanje fizičkih karakteristika čvrste faze; - odredjivanje fizičkih karakteristika tečne faze; - odredjivanje količine mulja koji treba preraditi; - Izradu komparativne ekonomike procesa; - Ekološka prihvatljivost –dobro je ono što je ekonomski i ekološki prihvatljivo. - Izradu ekonomske opravdanosti (rešava se od slučaja do slučaja).

Šta je stabilnost muljeva?

Dali su, ili će biti, reaktivni nakon odlaganja?

Da li imaju uticaj na okolinu i kakav?

Većina ih je nestabilna. Komunalni muljevi su po pravilu nestabilni.

89

Šta je stabilizacija i kondicioniranje muljeva?

Predtretman muljeva:

Skladiranje= akumuliranje – radi se zbog:

Izjednačavanja kvaliteta za šaržiranje, radi lakšeg vođenja procesa,

Skladiranje može biti:

- privremeno (do 24 h) u:

bazenima za bistrenje ili zgušnjivačima, ili

- trajno u:

jezerima

lagunama,

jalovištima.

Kondicioniranje:

• hemijsko – flokulacija/koagulacija • fizičko – termička koagulacija (koliodi)

Hemijsko i termičko kondicioniranje muljeva

• Hemijsko kondicioniranje mulja, cilj: priprema mulja za odvodnjavanje. Metode i hemikalije kao pri tretmanu otpadnih voda!

• Termičko kondicioniranje mulja: koagulacija + otpuštanje hemijski vezane vode. Izvodi se na povišenom pritisku i temperaturi od 210 -260°C, uz uvođenje vazduha.

Korišćenje i odlaganje otpadnog mulja:

• odlaganje na zemljište(poljoprivredno i šumsko), ali i na degradirano (jalovišta, raskrivke, napušteni površinski kopovi i jamski rudnici, prirodne depresije i drugo)

• sanitarno deponovanje sa komunalnim otpadom

• spaljivanje

90

Hemijska stabilizacija muljeva se izvodi:

1. gašenim krečom do pH 12, ili više;

- što redukuje bakterije i gasove na minimum;

- poboljšava filtracione osobine.

2. hlorom

- što redukuje bakterije kao i kod voda.

Stabilizacija aerobnim odgasivanjem

Primenjuje se na organske muljeve i na mešane muljeve.

Cilj je da se aeracijom, uz prisustvo mikroba, oksidišu organske materije do neorganskih (CO2, H2O, NH3).

Aeracija vazduhom:

parametri koji odredjuju brzinu procesa:

- Temperatura, - brzina aeracije, - mešanje, - brzina uvodjenja mulja, - starost mulja, - hemijski sastav mulja; - fizičke karakteristike.

Stabilizacija anaerobnim odgasivanjem

- Cilj – proizvodnja metanskog gasa (smeša metana i nekih viših parafina, sumporvodonika, amonijaka,...).

- biohemijske reakcije u odsustvu kiseonika iz vazduha. - sistem je zatvoren i proizvedeni gas se hvata i služi kao gorivo. - mešanje pospešuje proces!

91

26. Mogućnost prečišćavanja komunalnih i industrisjkih voda

www.skripta.info