2. KARAKTERIZACIJA OTPADNE VODE Ako želimo da pristupimo projektovanju postrojenja za TOV moramo poznavati:

- sastav vode, - uticaj konstituenata na okolinu, - moguće transformacije zagađujućih materija i dugoročne posledice, - moguće metode modifikacije ili uklanjanje polutanata, - načine odlaganja ili korišćenja zaostale čvrste frakcije nakon tretmana.

„Sveža“ otpadna voda je sive boje, sa ustajalim (bajatim) mirisom koji podseća na budj, ali sa ne previše neprijatnim mirisom. Sa vremenom, siva boja prelazi u crnu, razvijaju se smrad i neprijatni mirisi kao rezultat biohemijskih procesa i mikrobiološke aktivnosti u kanalizaciji. Pre nego što se pristupi projektovanju tretmana voda neophodno je poznavati: A) Stepen biodegradibilnosti – se odnosi na određivanje kvaliteta i kvantiteta prisutnih materija koje su podložne biorazgradnji. Količina i odnos birazgradivih i nebiodegradabilnih materijala se odredjuje radi izbora izmedju biološkog tretmana ili hemijske oksidacije, a može da varira od 0 do 1. Ako je stepen biodegradabilnosti za sirovu otpadnu vodu veći od 0,5, ona se može tretirati biološkim putem. Ako je vrednost ispod 0,3, tada otpadna voda sadrži otrovne komponente ili prilagođene mikroorganizme koji zahtevaju stabilizaciju. U toku tretmana otpadne vode u odredjenom postrojenju, sa primenom odredjenih postupaka, dolazi do promena odnosa biodegradabilnih i ne biodegradabilnih materija i on će se menjati sa stepenom tretmana kojim se otpadna voda podvrgava. B) Sadržaj zagadjujućih materija – definisanje vrsta i količine prisutnog zagađenja radi planiranja faza tretmana. Za razliku od komunalnih, industrijske otpadne vode ne karakteriše uniforman kvalitet već njihov sastav uslovljava industrijski proces u kojem nastaju. Ove otpadne vode, naročito iz agrarne ili prehrambene proizvodnje, često imaju povećan organski sadržaj. C) Zapremina – potrošnja vode i nastajanje otpadnih voda može biti u različitom opsegu. Ne razlikuje se samo od industrije do industrije već i između delova jedne fabrike. Za projektovanje tretmana važno je prikupiti podatke o količini otpadne vode koja nastaje u svakoj fabričkoj jedinici. Dodatni nastanak otpadnih voda može uzrokovati pranje povraćene staklene ambalaže (npr. u okviru pivnica ili sokara) koje sa sobom nose delove stakla, papira, slamki itd. Zapremina otpadne vode koja nastaje specifična je za svaki tip proizvodnje, primenjeni proces ili operaciju i razlikuje se čak i između industrija koje imaju istu delatnost. Domaćinsko poslovanje i savremenost tehnologije utiču na obim potrošnje vode. D) Varijacije u količini i sastavu – postoje velike varijacije u sastavu i količini otpadne vode između različitih fabrika, čak i onih koji su u okviru iste industrije. Za projektante je praćenje promena od ključnog značaja za efikasnost rada postrojenja za tretman. Sezonske varijacije

protoka i sastava karakteristične su za odredjena godišnja doba ili ukoliko je potreban tretman otpadne vode pri kampanjskoj proizvodnji. Zbog uticaja na opremu i efikasnosti rada celog postrojenja najvažnije je poznavati minimalni i maksimalni dnevni protok kao i ektremne varijacije toka. E) Specijalne karakteristike koje mogu zakomplikovati prečišćavanje, pa na primer industrijske otpadne vode mogu posedovati neke karakteristike koje imaju efekte netipične za te vrste voda i koje se negativno odražavaju na tok tretmana. Problem kod industrijskih otpadnih voda predstavlja biorezistentno i toksično zagađenje (karakteristično za hemijsku i metaloprerađivačku industriju) ili povišena temperatura (termalno zagađenje). Takve vode se ne mogu efikasno tretirati biološkim postupcima zbog visoke osetljivosti mikroflore. Neke čvrste čestice deluju abrazivno i dovode do habanja opreme (pumpi i ventila). Prisustvo mineralnih ulja, koji se koriste za održavanje fabričke opreme, uzrokuje slepljivanje čestica ili njihovo obavijanje što blokira biorazgradnju. Pošto se za pranje industrijske opreme koriste različiti deterdženti neminovno je da će se naći u otpadnim vodama na čijoj površini formiraju stabilan sloj pene, a ona blokira transport kiseonika iz vazduha i prolaz sunčeve svetlosti što remeti biološki tretman. Razvoj tehnologije prati i pojava novih sintetskih supstanci (npr. zaslađivača) koji su nepovoljan supstrat za mikrobe. U mnogim proizvodnim pogonima (prehrambenoj ili farmaceutskoj industriji) primenju se sredstva za dezinfekciju (H2O2, Cl2, NaClO...) koji deluju baktericidno. Ukoliko se tokom obrade emituju isparljiva organska ili neorganska jedinjenje, neophodno je pokrivanje celog ili delova postrojenja, a ponekad i sakupljanje i odvojeni tretman gasova. Parametri koji se određuju radi definisanja kvaliteta otpadne vode: a) Fizički -temperatura (utiče na brzinu hemijskih i biohemijskih reakcija, red reakcije, rastvorljivost kiseonika i materija, biološku aktivnost) -mutnoća (optička osobina vode da rasipa ili apsorbuje propuštenu svetlost, zavisi od količine suspendovanih i koloidnih čestica, određuje se nefelometrijski pomoću standardnog rastvora formazina) -elektroprovodnost (mera ukupnog sadržaja elektrolita tj. disosovanih jonskih vrsta u vodi, određuje se pomoću konduktometra) -boja (meri se kolorimetrijski ili pomoću platino-kobaltne skale) -ukupne čvrste materije, ostatak nakon isparavanja na 103-105˚C -veličina i distribucija čestica, -miris... b) Hemijski Neorganski: -sadržaj katjona, anjona, gasova, pojedinih jedinjenja, -sadržaj nutrijenata, -mineralna ulja, -pH, -tvrdoća, -alkalitet... Organski:

-BPK (biohemijska potrošnja kiseonika je količina kiseonika koja se utroši za biohemijsku oksidaciju biorazgradivih organskih materija prisutnih u 1l vode, obično se određuje za period od 5 dana kada je razgradnja najintenzivnija, važan parametar za odabir biološkog tretmana) -HPK (hemijska potrošnja kiseonika pokazuje koliko je kiseonika potrebno za hemijsku oksidaciju svih oksidabilnih materija u 1l vode, ne daje informaciju o količini biorazgradivog zagađenja) -odnos BPK5:HPK=0,5:1 (optimalno) -TOC (ukupni organski ugljenik je mera sadržaja organske materije, određuje se katalitičkom oksidacijom organskog ugljenika do ugljendioksida koji se potom određuje u infracrvenom analizatoru) -sadržaj masti, goriva i PAM (nepoželjne materije zbog negativnog uticaja na faze tretmana) Biološki parametri Odnose se na određivanje sadržaja mikroorganizama naročito patogenih na čijoj se redukciji insistira zbog kontrole nastanka zaraze. U te svrhe koriste se indikatorski mikroorganizmi koji se lakše, brže i jeftinije određuju, a ukazuju na prisutne patogene. Biološki tretmani i stabilizacija mulja baziraju se na mikrobiološkoj remedijaciji. Odnos BPK5:N:P u otpadnoj vodi je od esencijalne važnosti za biološki tretman. UZIMANJE UZORKA Pojedine analize zahtevaju da se merenje sprovodi odmah na licu mesta, jer prilikom dobijanja uzorka može se promeniti vrednost rezultata. Na primer, da bi se izmerio rastvoreni kiseonik u vodi merenje treba da bude sprovedeno na mestu ili uzorak mora da bude izdvojen sa velikom pažnjom kako ne bi došlo do gubitaka ili dodavanja kiseonika kada se uzorak izlaže vazduhu. Slično tome, bolje je meriti i pH na mestu uzorkovanja, posebno ako je uzorak vode slabo bazan. Uvek je potrebno imati na umu da način na koji je uzorak dobijen, može veoma da utiče na rezultat. Tri osnovna tipa uzorka: uzorak trenutnim zahvatanjem vode, kompozitni uzorak vode, uzorci procenjeni na osnovu protoka vode. Uzorak zahvatanjem vode, kako samo ime kaže, meri kvalitete vode u samo jednom trenutku. Ovaj tip uzimanja uzorka vrlo precizno prikazuje kvalitet vode u trenutku uzimanja uzorka, ali ne pokazuje nikave podatke o kvalitetu vode pre i posle uzimanja uzorka. Kompozitni uzorak vode je dobijen uzimanjem niza uzorka zahvatanjem vode i njihovim zajedničkim mešanjem. Uzorak procenjen protokom vode je dobijen uzimanjem svakog uzorka pojedinačno tako da je zapremina uzorka proporcionalna protoku u to vreme. Poslednja metoda je posebno korisna na postrojenjima za tretman otpadnih voda, kada se dnevni protoci, ne mere već izračunavaju (u ovom trenutku je zakonska obaveza da se meri količina otpadne vode koja se ispušta).

Kakva god da je tehnika ili metoda, analiza može jedino biti tačna ako je izvršeno pravilno uzorkovanje i često, u praksi, loša metoda uzimanja uzorka, daleko više utiče na preciznost rezultata, nego sama primenjena analitička metoda.

Koncentracija čvrste materije u otpadnoj vodi Rastvorene čvrste materije-TS(Total Dissolved Solids) Rastvorom se smatra svaki filtrat koji je prošao kroz filter veličine otvora od 0.2 μm ili manje, a veličina koloidnih česica je uglavnom u opsegu od 0.01-1.0μm.Po nekim autorima koloidne čestice su veličine 0.001do 1.0μm,po drugima od 0.003 do 1.0μm.U ovom tekstu koloidnim česticama smatraćemo čestice od 0.01 do 1μm. IsparljiveVS(Volatile Solids) i neisparljive čvrste materijeFS(Fixed Solids) One materije koje izložene temperaturama od 500(±50)°C ispare i nestanu klasifikovane su kao isparljive.Uopšte,za isparljive komponente smatra se da su uglavnom organskog porekla, iako neke organske materije ne mogu da ispare, a neke neorganske se prosto raspadaju na visokim temperaturama. Neisparljive-vezane čvrste materije obuhvataju ostatak koji preostane nakon isparavanja. Dakle, ukupne čvrste materije(TS), ukupne rastvorene čvrste materije(TDS) i ukupne suspendovane čvrste materije(TSS) sastavljene su i od isparljivih i od neisparljivih čvrstih materija. Odnos VS i FS se često koristi da okarakteriše otpadnu vodu u pogledu prisutnie količine otpadnih organskih materija. Čvrste materije (solids) se mogu naći u više oblika u otpadnoj vodi, koje se odredjenim separacionim tehnikama mogu razdvojiti. 1) ukupne čvrste materije- predstavljaju zbir suspendovanih i rastvorenih čvrstih materija. To je ona količina koja zaostaje na odredjenoj površini (sahatno staklo) nakon sušenja uzorka otpadne vode, od najmanje 1 sata ili preko cele noći, na temperaturi od 103-105 oC. Na engleskom jeziku ova vrednost se naziva total solids, pa se i obeležava kao TS, a izračunava se po jednačini:

uzorakV

BATS

(mg/L),

gde je: A - masa zaostalog suvog ostatka i sahatnog stakla, mg, B - masa sahatnog stakla, mg, i Vuzorak - zapremina uzorka, L 2) ukupne suspendovane čvrste čestice- čine onaj deo koji se ne može profiltrirati, tj. ostaje na filter papiru sa porama od 2 m, pri filtriranju kroz Gooch-ov sud, prečnika 24 mm, nakon sušenja na 103-105 oC, do konstantne težine. Na engleskom jeziku ova vrednost se naziva total suspended solids, pa se i obeležava kao TSS, a izračunava se po jednačini:

uzorakV

DCTSS

(mg/L),

gde je: C - masa zaostalog suvog ostatka, filtera i suda, mg, B - masa filtera i suda, mg, i Vuzorak - zapremina uzorka, L * Inače , ova veličina se uzima kao referentna kod sadržaja efluenta nakon primarnog i sekundarnog tretmana otpadnih voda sa vrednostima od 30 odnosno 12 mg/L.

3) Ukupne rastvorene čvrste čestice – predstavljaju suvi ostatak od profiltriranog dela uzorka kroz stakleni sinterovani filter sa porama od 0.2 m, nakon sušenja na 180±2 oC. Kod otpadnih voda ova vrednost se kreće u granicama od 250-850 mg/L. Na engleskom jeziku ova vrednost se naziva total disolved solids, pa se i obeležava kao TDS, a izračunava se po jednačini:

uzorakV

FETDS

(mg/L),

gde je: E - masa suvog ostatka plus masa sahatnog stakla, mg, F - masa sahatnog stakla, mg, i Vuzorak - zapremina uzorka, L 4) Volatilne (isparljive) čvrste čestice - definišu se kao ispareni deo prilikom spaljivanja suvog ostatka od svih prethodnih analiza na temperaturi od 550 oC. Ova količina je predtavlja isparljive komponente koje se mogu naći u čvrstom ostatku, poput vezane vode, isprljivih organskih komponenti, tečnog dela iz ćelija mikroorganizama koje se inače definišu kao suvi ostatak, jer se mehaničkim separatnim tehnikama mogu odvojiti iz otpadne vode itd. Volatilni udeo čvrstih čestica se koristi u kontroli tretmana otpadnih voda, zato što daje zadovoljavajuće predvidjanje količine organskih materija prisutnih u čvrstoj frakciji, otpadnih voda, aktivnom mulju i u komponentama industrijskog otpada. Na engleskom jeziku ova vrednost se naziva volatil solids, pa se i obeležava kao VS, a izračunava se po jednačini:

uzorakV

HGVS

(mg/L),

gde je: G - masa uzorka i suda pre spaljivanja, mg H - masa uzorka i suda posle spaljivanja, mg, i Vuzorak - zapremina uzorka, L Volatilne suspendovane čvrste čestice - se odredjuju na isti način kao i volatilne čvrste čestice, stim što se radi samo sa uzorkom koji se odnosi na suspendovane čvrste čestice, pa je samim tim jasno da je to manja vrednost. Na engleskom jeziku ova vrednost se naziva volatil suspended solids, pa se i obeležava kao VSS. 5) Fiksirane čvrste čestice - definišu se kao ostatak prilikom spaljivanja suvog ostatka od svih prethodnih analiza na temperaturi od 550 oC. Ova količina je oslobodjena od svih isparljivih komponenti koje se mogu naći u čvrstom ostatku, poput vezane vode, isprljivih organskih komponenti iz ćelija mikroorganizama na primer, itd. Na engleskom jeziku ova vrednost se naziva fixed solids, pa se i obeležava kao FS, a izračunava se po jednačini:

uzorakV

IHFS

(mg/L),

gde je: H - masa uzorka i suda posle spaljivanja, mg, I - masa suda (guča), mg, i Vuzorak - zapremina uzorka, L Fiksirane suspendovane čvrste čestice - se odredjuju na isti način kao i fiksirane čvrste čestice, stim što se radi samo sa uzorkom koji se odnosi na suspendovane čvrste čestice. Na engleskom jeziku ova vrednost se naziva fixed suspended solids, pa se i obeležava kao FSS. 6) Volatilne rastvorene čvrste čestice (volatil disolved solids , VDS) i fiksirane rastvorene čestice (fixed disolved solids, FDS) se izračunavaju iz prethodno poznatih veličina kao:

VSSVSVDS

FSSFSFDS Način eksperimentalnog odredjivanja prethodno definisanih veličina i njihova medjusobna veza su dati na Slikama 2 i 3.

Slika 2. - Eksperimentalno odredjivanje koncentracije čvrste faze u otpadnim vodama

Šematski prikaz koncentracije suve materije u otpadnim vodama

Rastvoreni kiseonik Jedan od najvažnijih merila kvaliteta vode jeste koncentracija rastvorenog kiseonika. Kiseonik, iako slabo rastvorljiv u vodi, je od fundamentalnog značaja za vodeni svet. Bez slobodnog rastvorenog kiseonika, potoci i jezera bi postali nepodesni za stanovanje za aerobne organizme, uključujući ribe i većinu beskičmenjaka. Rastvoreni kiseonik je obrnuto proporcionalan temperaturi i maksimalna količina kiseonika koji može biti rastvorljiv u vodi na 0 °C je 14.6mg/L. Vrednost zasićenja opada brzo sa porastom temperature vode, kao što je prikazano u donjoj tabeli.

Temperatura (C)

Koncentracija rastvorenog kiseonika u vodi (mg/L)

0 14.6 2 13.8 4 13.1 6 12.5 8 11.9 10 11.3 12 10.8 14 10.4 16 10.0 18 9.5 20 9.2 22 8.8 24 8.5 26 8.2 28 8.0 30 7.6

Ravnoteža izmedju zasićenja i trošenja kiseonika je stoga slabija. Količina kiseonika rastvorenog u vodi obično se meri i pomoću kiseonične elektrode i jodometrijske titracije. Drugi način, poznat je kao Vinklerov test (Winkler test), razvijen još pre više od 100 godina i predstavlja standard, u odnosu na koji se sva druga merenja porede. Hemijske reakcije Vinklerovog testa su sledeće: Mangan sulfat (MnSO4) i mešavina kalijum hidroksida i kalijum jodida (KOH i KJ) se dodaje uzorku vode. Ako ne bude prisutan kiseonik MnSO4 će reagovati sa KOH da bi oformio beli talog mangan hidroksida Mn(OH)2. Ako je kiseonik prisutan, Mn(OH)2 ce dalje reagovati da oformi braon talog, mangan oksid (MnO(OH)2): MnSO4 + 2KOH → + Mn(OH)2 + K2SO4 2Mn (OH)2 + O2 → 2MnO(OH)2 Sumporna kiselina se dodaje, kako bi rastvarala mangan oksid i zajedno sa KJ koji je dodat ranije, formirala jod, J2 koji daje žućkasto narandžastu boju uzorka: 2MnO(OH)2 + 4H2SO4 → 2Mn(SO4)2 + 6H2O 2Mn(SO4)2 + 4KJ → 2MnSO4 + 2K2SO4 + 2J2 Količina joda se meri titrisanjem sa natrijum tiosulfatom (Na2S2O3) dok narandžasta boja iz J2 ne prestane da bude vidljiva. 4Na2S2O3 + 2J2 → 2Na2S4O6 + 4NaJ Skrob se dodaje na kraju titracije jer stvara ljubičastu boju u prisustvu J2, i daje mnogo jasniju boju krajnje tačke analize.

Količina MnO(OH)2 formirana u prvom koraku je direktno proporcionalna postojećem rastvorenom kiseoniku, a količina joda formirana u drugom koraku je direktno proporcionalna MnO(OH)2. Stoga, titracijom merimo količinu joda u direktnoj vezi sa prvobitnom koncentracijom rastvorenog kiseonika. Loše strane Vinklerovog testa, za brzo odredjivanje koncentracije rastvorenog kiseonika u vodi, potiču od potrebe za radom stručnog lica u hemijskoj laboratoriji i teškoća u izvođenju ovog „mokrog hemijskog testa“ na terenu. Ove dve mane mogu biti prevaziđene korišćenjem elektrode rastvorenog kiseonika, tj. kiseonične elektrode. Najjednostavniji tip sonde kiseonika je prikazan na sledećoj slici.

Slika – Kiseonična elektroda Princip funkcionisanja jeste galvanska ćelija. Ako su elektrode olova i srebra stavljene u elekrtolitski rastvor sa mikroampermetrom izmedju, reakcija na olovnoj elektrodi je: Pb+2OH- → PbO+H2O+2e- Kod olovne elektrode, elektroni su slobodni i kreću se kroz elektrolit do srebrne elektrode ali ne dolazi do reakcije i mikroampermetar ne registruje nikakvu struju. Medjutim ako u rastvoru ima slobodnog rastvorenog kiseonika, dolazi do sledeće reakcije, koja utiče da se u rastvoru javlja struja koju, detektuje mikroampermetar: 2e- + 1⁄2O2 + H2O → 2OH-

Instrument mora biti konstruisan i kalibrisan tako da je zabeleženi elektricitet proporcionalan koncentraciji kiseonika u rastvoru elektrolita. Korišćenje kiseonične sonde (elektrode) omogućava brzo merenje i očitavanje vrednosti rastvorenog kiseonika u vodi, bilo na terenskim ispitivanjima, bilo na samim postrojenjima za tretman otpadne vode, kao što je to pokazano na slici.

Slika – Ekran uredjaja koji kiseoničnom sondom meri rastvoreni kiseonik i termoparom temperaturu na postrojenju za tretman komunalne otpadne vode u Vršcu (Važna napomena: u momentu snimanja, u reaktor sa aktivnim muljem nije uvodjen kiseonik, jer se kroz difuzere za vazduh uvodio rastvor sirćetne kiseline, radi uklanjanja naslaga kamenca, koji bi vremenom mogli zapušiti otvore na difuzeru, pa je očitana vrednost bila svega 0.20 mg/L, dok su pri radu uobičajene vrednosti rastvorenog kiseonika od 1-1.5 mg/L kiseonika) Hemijska potrošnja kiseonika, HPK Ukoliko se sadržaj svih oksidabilnih materija u vodi, bilo onih koji jesu biodegradabilni, bilo onih koji nisu, podvrgne dejstvu kalijumdihromata K2Cr2O7 doći će do nihove oksidacije, a količina kiseonika, izražena u mg/l, koja se za tu oksidaciju utroši i naziva se hemijska potrošnja kiseonika i označava se sa HPK (u engleskoj literaturi se označava COD, chemical oxygen demand). Standardni HPK test koristi mešavinu kalijum dihromata i sumporne kiseline da oksidira organske materije (HCOH), sa dodatim srebrom (Ag+) kao katalizatorom. Uprošćenjiji primer ove reakcije je prikazan ispod, uz korišćenje dihromat (Cr2O7

2-) i vodonikovih jona. 2Cr2O7

2- + 3HCOH + 16H+ Agtoplota 3CO2 + 11 H2O + 4Cr3+

Poznati iznos rastvora K2Cr2O7 u umereno koncentrovanoj sumpornoj kiselini je dodat odmerenoj količini uzorka i smeša se zagreva do ključanja, pri čemu se tada oksidacioni broj, šestovalrntnog hroma Cr(VI) ) smanjuje do trovalentnog hroma Cr(III). Nakon ključanja, preostali Cr(VI) se titriše gvoždje-amonijum-sulfatom. Razlika izmedju prvobitnog iznosa Cr(VI) dodatog uzorku i Cr(VI) preostalog nakon što su organske marerije oksidirale, predstavlja količinu koja odgovara hemijskoj potrošnji kiseonika HPK.

Biološka potrošnja kiseonika, BPK Komunalne i industrijske otpadne vode sadrže velike količine organske materije u suspendovanom, koloidnom i pravom rastvoru. Ova materija podložna je biološkoj oksidaciji pri čemu se troši prisutan rastvoreni kiseonik iz vode, a što dovodi do smanjenja njegove koncentracije ili čak njegovog nestanka, pa voda u vodoprijemniku postaje anaerobna, što u nekim slučajevima, može izazvati pomor akvatičnog živog sveta, anaerobno truljenje i razvoj štetnih gasova (H2S, CH4, NH3, CO2). Pri tome dolazi do redukcije i rastvaranja gvožđa i mangana u vodi. Takva voda u vodoprijemniku postaje neodgovarajuća za svaku drugu vodoprivrednu upotrebu. Inače, ovaj problem redukcije i rastvaranja gvoždja i mangana se može javiti u akumulacijama i za vodosnabdevanje, kada se u vodi pojavi veća koncentracija gvoždja i mangana koju je neophodno sniziti ispod zakonom predvidjene maksimalne dozvoljene koncentracija, na sistemiuma za pripremu vode (primer je pojava ovog efekta na Bovanskom jezeru iz koga se vodom snabdeva grad Aleksinac). Količina kiseonika koju potroše mikroorganizmi za biološku razgradnju prisutnih organskih materija u vodi, a koja se meri tokom nekoliko dana naziva se biološka potrošnja kiseonika, a označava se sa BPK (u engleskoj literaturi se obeležava sa BOD, biochemical oxygen demand). Velika potreba za kiseonikom, od strane mikroorganizama, dovodi do smanjenja rastvorenog kiseonika u vodi pošto mikroorganizmi oksidiraju prisutne biodegradabilne organske materije. Mala biološka potreba kiseonika ukazuje ili na čistu vodu ili na prisustvo toksičnog nerazgradivog zagađivača (ovo je slučaj, na primer, sa jako zagadjenim otpadnim vodama farmaceutske industrije koje sadrže antibiotike, koji sprečavaju mikrobni rast koji bi trošio kiseonik, iako, sa druge strane imaju visoku koncentraciju organskih zagadjujućih materija). BPK test je prvi put korišćen kasnih 1800-ih od strane Kraljevske komisije za otpadne vode kao mera količine organskog zagađenja u rekama u Britaniji. U to vreme, test je bio standardizovan da se odvija 5 dana na temperaturi 18.3 °C. Prosečna letnja temperatura reka bila je 18.3 °C. Prema tome, ovo bi trebalo da obelodani “najgori slučaj” potrebe kiseonika u bilo kojoj britanskoj reci. BPK temperature inkubacije je kasnije zaokružena na 20 °C, test period od 5 dana ostaje aktuelan, u umerenoj meri proizvoljan, standardan. U otpadnoj vodi, tokom vremena, prisutni mikrorganizmi prvo oksiduju organsku materiju čiji je osnovni konstituent ugljenik, a nakon toga, kada se istroši organska materija sa ugljenikom, počinje oksidacija organskih materija sa prisutnim azotom. Eksperiment može potrajati i preko 20 dana, pa radi bržeg dobijanja informacije o stepenu organskog biodegradabilnog zagadjenja, usvojeno je da se kao mera uzima vrednost nakon 5 dana, te se stoga, ta petodnevna potrošnja kiseonika od strane mikroorganizama i označava kao BPK5. Istovremeno i taj period od 5 dana koji je potreban da se sačeka rezultat analize, predstavlja odredjeno ograničenje, pri analizi kvaliteta otpadne vode, posebno u slučajevima havarijskih zagadjenja, pa se u takvim slučajevima koriste i druge vrste analiza. U najjednostavnijoj verziji, petodnevni BPK test, počinje postavljanjem vode ili uzorka otpadne vode u dve standardne 60 ili 300mL BPK boce.

Slika- BPK boca Jedan uzorak se analizira odmah da bi se izmerila početna koncentracija rastvorenog kiseonika u otpadnim vodama, često koristeći, ranije objašnjenu Vinklerovu titraciju. Druga BPK boca se zapečati i uskladišti na temperaturi od 20 °C na tamnom mestu. ( Uzoraci se čuvaju na tamnom mestu kako bi se izbeglo stvaranje fotosintetičkog kiseonika.) Nakon 5 dana količina rastvorenog kiseonika ostala u uzorku se izmeri. Razlika između početne i krajnje koncentracije rastvorenog kiseonika je BPK5 , biohemijska potrošnja kiseonika nakon 5 dana. Oksidaciju organske materije prati eksponencijalna kriva opadanja koncentracije kiseonika, što bi se dnevnim merenjem moglo predstaviti kao na slici.

U ovom primeru, uzorak A je imao početnu koncentraciju rastvorenog kiseonika 8mg/L, koja je opala na 2mg/L za 5 dana. Zbog toga je BPK = 8 – 2 = 6 mg/L. Uzorak B je takođe imao koncentraciju početnog rastvorenog kiseonika od 8mg/L, ali kiseonik je korišćen brzo tako da je opao na 0 već drugog dana. Pošto nema merljivog rastvorenog kiseonika ostavljnog posle 5 dana, BPK uzorka B mora biti veći od 8 – 0 = 8mg/L, ali mi ne znamo koliko veća jer bi mikroorganizmi u uzorku možda koristili mnogo više rastvorenog kiseonika, da je on bio dostupan. Uzorci poput ovog zahtevaju razređivanje

uzorka. Tipično, preporučuje se da se uzima pet puta po 1/10 za otpadne vode nepoznatog porekla. Uzorak C je uzorak B rezredjen u odnosu 1/10. BPK5 za uzorak B bi onda bio:

401.0

48

BPK mg/L

Moguće je da se meri BPK bilo koje organske materije (npr.sećer) i na taj način proceni njegov uticaj na tok, čak iako materija u svom prvobitnom stanju možda ne sadrži mikroorganizme neophodne da razgrade organsku materiju. Zasejavanje je proces u kome se mikroorganizmi koji oksidiraju organsku materiju, dodaju u BPK bocu. Zasejavanje takođe olakšava merenje veoma niske BPK koncentracije. Izvor mikroorganizama se može dobiti iz nehlorovanih domaćih otpadnih voda ili površinske vode koja prima otpadne vode. Predpostavlja se da mi koristimo vodu predhodno opisanu u krivi A kao vodu za zasejavanje pošto očigledno sadrži mikroorganizme (ima posle 5 dana, vrednost od 6 mg/L BPK). Sada stavljamo 100 mL nepoznatog rastvora u bocu i dodamo 200mL vode kojom „zasejavamo“ rastvor i na taj način punimo bocu do 300mL. Pod predpostavkom da je početni rastvoreni kiseonik ove mešavine 8 mg/L a krajnji rastvoreni kiseonik je 1mg/L, ukupna potrošnja kiseonika je 7mg/L. Razlog ovoga je zbog vode za zasejavanje, zato što takođe ima BPK, i jedino je proporcija uzrokovana raspadanjem nepoznate materije. Kiseonik potrošen u vodi za proces zasejavanja je 6 x ⅔ = 4 mg/L zato što je u boci dve trećine voda za zasejavanje, a ta voda ima BPK 6 mg/L. Preostali potrošen kiseonik ( 7-4=3mg/L) mora biti uzrokovan nepoznatom materijom. Izjednačavanje prikazauje kako da se izracuna BPK5 za razređen i zasejan uzorak otpadnih voda.

DY

XFIFILmgBPK

,,

/

gde je: I - početni rastvoreni kiseonik u boci koji sadrži i uzorak otpadnih voda i koncentrovane vode za razblaživanje F - krajnji rastvoreni kiseonik u boci koji sadrži otpadne vode i koncentrovane vode za razblaživanje I’ - početni rastvoreni kiseonik koncentrovane vode za razblaživanje F’ - krajnji rastvoreni kiseonik X - mL koncentrovane vode za razblaživanje Y - ukupno mL u boci D - stepen razblaživanje uzorka (na primer 1/10) Ako, umesto stopiranja BPK testa nakon 5 dana, dozvolimo da se test nastavi i merimo rastvoreni kiseonik svakog dana, možemo dobiti krivu poput ove prikazane na donjoj slici. Uočava se da nakon nekoliko dana trend krive kreće naglo gore, što je posledica uzrokovana

potrošnjom kiseonika od strane mikroorganizama koji razlažu azotna organska jedinjenja do oblika neorganskog azota.

Slika- Promena koncentracije BPK sa vremenom tokom oksidacije organskog zagadjenja Kao primer šta se dešava u delu razlaganja azotnih jedinjenja, može da posluži razlaganje jednostavnog azotnog organskog jedinjenja kao što je to urea, ( NH2 · CO · NH2 ), oslobađajući amonijak (NH3; NH4

+ u jonizovanom obliku), koji je dalje razložen na nitrit (NO2

- ) i nitrat (NO3-) :

NH2 · CO · NH2 + H2O → 2NH3 + CO2 Amonifikacija

OHHNOONH 2224 22

11 Nitrifikacija, prvi korak

322 2

1NOONO Nitrifikacija drugi korak

Važo je napomenuti da, prvi korak, amonifikacija ne zahteva kiseonik; može biti urađeno uz pomoć šrokog spektra anaerobnih biljaka, životinja i mikroba, dok se u drugom delu zahteva kiseonik u skladu sa prikazanim stehiometrijskim odnosom. U inženjerskoj praksi, često se koristi i izraz kgBPK/dan, što predstavlja proizvod koncentracije BPK i dnevnog protoka otpadne vode, a što govori o količini organskog zagadjenja koje je potrebno ukloniti u toku jednog dana na postrojenju za tretman otpadne vode. Iako upotreba BPKuk (ukupnog ugljeničnog i azotnog) nije striktno tačna, krajnji BPK može biti vrednovan kao

BPKuk = a (BPK5) + b (TKN) gde je TKN takozvani ukupni (totalni) Kjeldahl-ov azot, odnosno zbir udela organskog i amonijačnog azota, izraženog u mg/L, a gde su a i b konstante. Kao mera veličine vrednosti BPK, sanitarne otpadne vode mogu imati zagadjenje koje se kreće oko BPK=250mg/L, dok pojedine industrijske otpadne vode mogu imati vrednosti i preko 30.000mg/L (neke prehrambene i farmaceutska industrija). Veoma je važno zapamtiti da se skoro sva organska jedinjenja oksiduju prlikom HPK testa i zato su vrednosti HPK uvek veće od BPK vrednosti. Primer za ovo je otpad drvene kaše, u kojoj jedinjenja poput celuloze lako oksidiraju hemijski (visok HPK) ali se biološki sporije razlažu (nizak BPK). Ukupni organski ugljenik Pošto je krajnja oksidacija organskog ugljenika do CO2, ukupno sagorevanje uzorka daje neke informacije o potencijalnoj potrošnji kiseonoka u uzorku otpadnih voda. Daleko češće primene testiranja ukupnog organskog ugljenika je da se proceni mogućnost za stvaranje sekundarnog proizvoda. Sekundarni proizvodi su rezultat prisustva halogena (broma i hlora) ili ozona u interakciji sa prirodno nastalim ugljenikovim jedinjenjima tokom procesa, pre svega, dezinfekcije vode za piće. Na primer, trihalometan, inače kancerogen, stvara se kada halogeni zamenjuju tri vodonikova jona na metanu. Voda, koja nastaje pri oksidaciji organskih jedinjenja može imati veći potencijal da razvija dezinfekcioni sekundarni proizvod. Ukupni organski ugljenik se meri oksidacijom organskog ugljenika na CO2 i H2O i merenjem CO2 gasa koristeći ultra crveni karbonski analizator. Oksidacija se vrši ubacivanjem uzorka na visoku temperaturnu (680-950 oC) u komoru za sagorevanje ili postavljanjem uzorka u bočicu koja sadrži kiseonični agens kao sto je kalijum persulfat, zatvaranjem i grejanjem uzorka do potpune oksidacije, a zatim merenjem CO2 koristeći karbonski analizator. Nutrijenti Elementi neophodni za razvoj živog sveta u vodi (azot, fosfor, kalijum i dr.) nazivaju se nutritijenti. Unošenjem nutrijenata u vodoprijemnik poboljšavaju se uslovi za akvatične flore (plankton i više biljke). Ukoliko su ispunjeni i drugi uslovi (povišena temperatura i dobra osvetljenost) razvoj živog sveta može biti veoma buran, sa negativnim posledicama po kvalitet vode u vodoprijemniku. Ovaj proces se zove eutrofikacija. Kako komunalna otpadna voda sadrži značajne količine azota i fosfora, to njeno ispuštanje u vodoprijemnik može izazvati eutrofikaciju. Temperatura Komunalne otpadne vode obično imaju temperaturu za nekoliko stepeni višu od temperature vode iz vodotoka. Neke industrijske otpadne vode (rashladna voda) mogu imati značajno povišene temperature. Povišenjem temperature u vodoprijemniku ubrzavaju se biohemijske reakcije u vodi i smanjuje se količina rastvorenog kiseonika, što može imati negativne posledice na živi svet u vodi.

pH vrednost Kod komunalnih otpadnih voda pH vrednost je najčešće u normalnom opsegu (7-7,5), dok kod nekih industrijskih otpadnih voda ona može imati vrednost koja ugrožava živi svet u vodi. Alkalitet Alkalnost meri kapcitet pufera vode u odnosu na promene pH. Voda koja ima visoku alkalnost može da prihvati velike doze kiselina ili baza, a da ne promeni značajno pH. Voda sa niskim procentom alkalnosti, poput kišnice ili destilovane vode, može da doživi pad pH sa samo malim dodatkom kiseline ili baze. U prirodnim vodama, većina alkalnosti se obezbeđuje pomoću karbonatnog/bikarbonatnog sistema pufera. Ugljen dioksid CO2 rastvara se u vodi da oformi ugljenu kiselinu (H2CO3) , koja se izdvaja i u ravnoteži je sa bikarbonatnim (HCO3

-) i karbonatnim jonima CO32- :

CO2(gas) ↔ CO2 (rastvoren) CO2 (rastvoren)+H2O ↔ H2CO3 ↔ H+ + HCO3

- ↔ 2H+ + CO32-

Ako se kiselina doda u vodu, povećaće se koncentracija vodonikovog jona, i to kombinovanje sa jonima, pomerajući ravnotežu u levo, otpuštajući ugljen-dioksid u atmosferu. Koliko god se tu nalazi bikarbonat ili karbonat, dodati vodonikovi joni će biti absorbovani ponovnim uspostavljanjem ravnoteže. Jedino kada se svi joni karbonata i bikarbonata potroše, dodatak kiseline će prouzrokovati pad pH vrednosti. Količina bikarbonata u vodi je je dopunjena prirodno nastalim karbonatima kao sto su CaCO3 (krečnjak) koji se rastvara kada kisela kiša dođe u kontakt sa zemljištem ili koritom reke (potoka). CaCO3 se rastvara da oformi kalcijum bikarbonat (Ca(HCO3)2) , koji se rastvara i povećava koncentraciju bikarbonata u vodi: CaCO3 + H2CO3 → Ca(HCO3)2 ↔ Ca+ + 2HCO3

- Efekat alkalnosti na pH uzorka vode je prikazan na slici.

Dodatata koncentracija vodonikovog jona u μmol

Slika Efekat vrednosti alkalnosti na pH promene u rastvoru (A) kiselina dodata u dejonizovanu vodu (veoma niska alkalnost); (B) kiselina dodata puferisanom rastvoru fosfata. (visoka alkalnost).

Alkalnost se određuje merenjem količine potrebne kiseline da umanji pH u uzorku vode do specifične krajnje tačke; rezultati se obično prijavlju u standardizovanim jedinicama kao miligrami CaCO3 po litru. Slabo puferisana voda može imati alkalnost manju od 40mg CaCO3/L dok vode uzorkovane iz odliva potoka kroz krečnjačke ili kršne regije mogu da imaju alkalnost veću od 200mg CaCO3/L. Toksične materije Indsutrijske otpadne vode mogu sadržati različite toksične materije (fenoli, pesticidi, cijanidi i dr.) koji mogu ugroziti živi svet u vodi i priobalju, i smanjiti mogućnost daljeg vodoprivrednog korišćenja ovih voda ili pak imati prisutne antibiotike koji onemogućavaju mikrobiološke procese prečišćavanja. Mirisi Otpadna voda sadrži u sebi veliki broj jedinjenja koja joj daju neprijatan miris. Ove materije nastavljaju da šire neprijatne mirise i posle ispuštanja otpadnih voda u vodoprijemnike. Neke od njih su: Jedinjenja Hemijska formula Opis neprijatnog mirisa Amini CH3NH2 ili (CH3)N miris na ribu Amonijak NH3 prepoznatljiv oštar miris Diamini NH2(CH2)4NH2 ili NH2(CH2)5NH2 miris na istrulelo meso Vodonik-sulfid H2S miris na pokvarena jaja Merkaptani CH3SH ili CH3(CH2)3SH miris tvora Organski sulfidi (CH3)2S, CH3SSCH3 miris na truli kupus Skatol (C8H5NHCH3) miris fekalija Teški metali Neke industrijske otpadne vode mogu sadržati teške metale kao što su nikal, mangan, olovo, hrom, kadmijum, cink, bakar, gvožđe ili živa. U ubranim područjima opaženo je prisustvo teških metala u atmosferskoj otpadnoj vodi. Boja Ukoliko je otpadnim vodam prisutna i boja može da naruši estetski izgled vodotoka. Kao primer, može se kod nas istaći problem otpadnih voda tekstilne industrije, u kojoj se koriste boje u tehnološkom postupku bojenja tekstila. Te boje mogu biti disperzne ili rastvorne i neophodno je pre ispuštanja otpadne vode izvršiti njihovo uklanjanje, najčešće adsorpcijom na pogodnim nosačima.

Biološke karakteristike Biološke karakteristike otpadne vode su od najvećeg značaja za kontrolu zaraza prouzrokovanih patogenim organizmima ljudskog porekla, kao i zbog fundamentalne uloge bakterija i ostalih mokroorganizama u raspadanju i stabilizaciji organskih materija, kako u prirodi tako i u postrojenjima za preradu otpadne vode. Organizmi nadjeni u površinskoj vodi i otpadnoj vodi uključuju bakterije, gljive, alge, protozoe, biljke, životinje i viruse. Bakterije, gljive, alge, protozoe i virusi mogu biti posmatrani samo pomoću mikroskopa. Glavna podela Živi jednoćelijski mikroorganizmi koji se mogu videti jedino pod mikroskopom su odgovorni za aktivnost u biološkom tretmanu otpadne vode. Osnovna funkcionalna i strukturna jedinka svih živih bića je ćelija. Živi organizmi su podeljeni na prokariote i eukariote kao funkcija njihovih genetičkih informacija i ćelijske složenosti. Prokariote imaju najjednostavniju ćelijsku strukturu i uključuju bakterije, plavo-zelene alge i archaea-e koje su izdvojene od bakterija zbog njihove DNA strukture i jedinstvene ćelijske hemije, kao što je različitost u ćelijskom zidu i strukturi ribozoma. Mnoge archaea-e su bakterije koje mogu da rastu pod ekstremnim uslovima temperature i saliniteta, i u njih se mogu uključiti i bakterije koje proizvode metan, značajne za anaerobni proces. Eukariote, za razliku od prokariota, su mnogo kompleksnije i sadrže biljke i životinje i jednoćelijske organizme bitne za tretman otpadnih voda, uključujući protozoe, gljive i zelene alge. Neke od najbitnijih razlika izmedju prokariota i eukariota su prikazane u tabeli, a šematski prikaz njihove ćelijske strukture je prikazan na sledećoj slici. Tabela - Poredjenje prokariotskih i eukariotskih ćelija Ćelijska karakteristika Prokariote Eukariote Filogenetska grupa Bakterije, plavo-zelene alge,

archaea-e Jednoćelijske: alge, gljive, protozoe; višećelijske: biljke, životinje

Veličina Male, 0,2-3,0m 2-100m za jednoćelijske organizmr

Ćelijski zid Sačinjen od peptidoglikan (bakterije), ostali polisaharidi, proteini, glikoproteini

Otsustvo u životinjama i većini protozoa; prisutno u biljkama, algama, gljivama: uglavnom polisaharidi

Struktura jezgra Membrana jezgra Otsustvo Prisutno DNA Jedno molekulsko Nekoliko hromozoma Unutrašnja membrana Jednostavna Kompleksna, endoplasmic

reticulum, golgi, mitohondrije Membrana organela Otsustvo Prisutna Pigment za fotosintezu U unutrašnjoj membrani,

nedostatak hloroplasta U hloroplastu

Sistem respiracije Deo citoplazmične membrane mitohondrije

Prokariotski organizmi su mnogo manji u odnosu na eukariote. Odsustvo membrane u ćeliji DNK je značajna činjenica u prokariotskim organizmima. Eukariotski organizmi imaju mnogo složeniju unutrašnju strukturu. Virusi su unutarćelijski paraziti koji zahtevaju aparat ćelije domaćina da bi mogli da rastu. Pored toga virusi sadrže genetske informacije (ili DNK ili RNK) potrebne za samoreprodukciju, i oni nesposobni da se reprodukuju van ćelije domaćina. Virusi su sačinjeni od jezgra nukleinske kiseline (RNK ili DNK) okružene spoljašnjim slojem proteina i glikoproteina. Virusi su podeljeni na osnovu zaraženog domaćina. Glavni opis mikroorganizama nadjenih u otpadnoj vodi dat je u sledećoj tabeli. Tabela - Opis mikroorganizama nadjenih u prirodnoj vodi, otpadnoj vodi i u otpadnoj

vodi posle tratmana Organizam Opis Bakterije Bakterije su jednoćelijski prokariotski organizmi. Unutrašnjost ćelije sadrži

koloidnu suspenziju proteina, ugljovodonika i ostalih kompleksa organskih jedinjenja nazvanih citoplazma. Citoplazma sadrži ribonukleinsku kiselinu, čija glavna uloga je sinteza proteina. Takodje u citoplazmi se nalazi i dezoribonukleinska kiselina (DNK). DNK sadrži sve informacije potrebne za reprodukciju svih ćelijskih delova i može se smatrati bluprintom ćelija- Uglavnom se reprodukuju bianrnim deljenjem.

Archaea Slične bakterijama po veličini i osnovnim ćelijskim delovima. Njihov

ćelijski zid, ćelijski materijal i RNK jedinjenja se razlikuju. Bitni u anaerobnim procesima i nadjeni su pod ekstremnim uslovima temperature i hemijskim jedinjenjima

Gljive Gljive su višećelijske, ne fotosintetske eukariote. Većina gljiva su striktno aerobne i reprodukuju se deljenjem ili imaju formaciju spora. Budj, ili prave gljive, proizvode mikroskopske delove, koji zajedno sačinjavaju micelu. Kvasac je gljiva koja ne može da oformi micele. Gljive imaju mogućnost rasta pod uslovima niske vlage, niske količine azota i mogu da izdrže okruženje niskog pH. Mogućnost preživljavanja u ovakvim uslovima se povezuje sa njihovom sposobnošću razgradnje celuloze

Protozoe Protozoe su mikroskopske eukariote koje su uglavnom jednoćelijske. Većina protozoa je aerobna, neke su anaerobne i neke su anarobno tolerantne. Protozoe su uglavnom veće od bakterija i uglavnom koriste bakterije kao izvor energiju. Protozoe se ponašaju kao „glačaoci odvoda“ posle biološkog tretmana otpadnih voda korišćenjem mikroorganizama

Rotifere Rotifere su aerobne heterotrofne životinjske eukariote. Ime im potiče od činjenice da imaju dva para rotirajućih cilia na njihovoj glavi koje se koriste za hvatanje hrane i pokretljivost. Veoma su efektni u korišćenju dispergovanih bakterija i malih delova organskih materija. Njihovo prisustvo u otpadnoj vodi pokazuje veoma efikasan aerobni biološki proces

Alge Alge su višećelijske, autotrofne, fotosintetske eukariote. Bitne su za biološki proces. U otpadnoj vodi, sposobnost algi da stvaraju kiseonik fotosintezom je vitalna za ekologiju vodenog sveta. Plavo-zelena alga, cianobakter, je prokariotski organizam

Virusi Virusi su sastavljeni od jezgra nukleinske kiseline okružene spoljašnjom skoljkom proteina. Virusi su unutarćelijski paraziti koji se jedino reprodukuju uz pomoć ćelija domaćina. Takodje mogu da postoje spoljašnjo ćelijskom mestu gde su virusi deo metaboličnog inerta

Podaci o obliku, veličini i postojanom obliku mikroorganizama nadjenih u otpadnoj vodi su takodje važni podaci kako bi se odredio tip tretmana koji će biti korišćen da bi se oni uklonili, nakon što izvrše biohemijsku razgradnju organskog zagadjenja u otpadnoj vodi. važna karakteristika mikroorganizama je njihova sposobnost da stvaraju postojani oblik. odredjene vrste bakterija mogu da oforme endospore, strukturu koja je veoma kompleksna. Endospore koje sadrže sve potrebne informacije za reprodukciju okružene su sa nekoliko slojeva proteina. Endospore su veoma otporne na toplotu i dezinfekcione hemikalije. Patogeni mikroorganizmi U komunalnoj otpadnoj vodi nalazi se veliki broj živih organizama mežu kojima se mogu ponekad naći i patogeni organizmi koji uzrokuju različite bolesti kod ljudi i životinja. Tako se putem otpadnih voda mogu preneti paraziti kao što su nematode crvi i pantljičara, ili bolesti: dizenterija, lepra, tuberkuloza, paratifus, tifus, trovanje, salmonela, kolera, hepatitis i dr. U komunalnoj otpadnoj vodi nalazi se veliki broj koliformnih organizama, koji obično nisu patogeni, a koji u otpadnu vodu dospevaju iz gastro-intestinalnog trakta ljudi i životinja. Pošto

je prisustvo i broj patogenih organizama u otpadnoj vodi teško odrediti, a kolifomnih organizama ima mnogo i njihovo odredjivanje je znatno jednostavnije, oni se koriste kao indikatori fekalnog zagađenja. Sa stanovišta javnog zdravlja, bakteriološki kvalitet vode je podjednako važan kao i hemijski kvalitet. Veliki broj zaraznih bolesti se može preneti putem vode, među kojima su tifus i kolera. Iako smo željni da pijemo vodu koja nije zagađena patogenima, metoda utvrđivanja da li su ovi organizmi prisutni u vodi i da li predstavljaju pretnju po zdravlje je relativno komplikovana. Kao prvo, postoji mnogo patogena. Sledeća tabela prikazuje samo nekoliko od najčešće zastupljenih mikrobioloških patogena u vodi. Svaka od njih zahteva posebni postupak otkrivanja i mora biti pojedinacno pregledana. Drugo, koncentracija ovih organizama, iako velika za širenje bolesti, može biti toliko mala da je njeno otkrivanje nemoguće sprovesti. Tabela- Primeri opštih patogenaprisutnih u vodi

Mikroorganizmi Uticaji na čoveka

Bakterije Campylobacter Gastroentritis Clostridium botulinum Botulizam Clostridium perfringens Gastroentritus E. coli 0157:H7 Gastroentritis Legionella Pneumonia (poput bolesti pluća) Salmonella paratyphi Paratifus Salmonella typhi Groznica Shigella (several species) Dizenterija Staphylococcus aure Gastroentritis

Vibrio comma (V. cholerae) Kolera

Yersinia enterocolitica Gastroentritis

Protozoe

Cryptosporidium Kriptosporidioza Entamoeba histolytica Dizenterija Giardia lumblia Lamblijaza

Virusi

Hepatitis A virus Hepatitis Poliovirus Dečija paraliza Ovi visoko zarazni organizmi su odgovorni za nekoliko hiljada smrtnih slučajeva svake godine u oblastima gde su niske zdrastvene mere, pogodovo u tropskim oblastima. Procenjeno je da do 4.5 milijardi ljudi bilo ili jeste zaraženo nekim parazitom. Tipični kvantitativni podaci selektovanih patogenih organizama koji su pronađeni u otpadnoj vodi i odgovarajuće koncentracije potrebne za stvaranje zaraze su prikazani u sledećoj tabeli.

Tabela - Odgovarajuće koncentracije potrebne za stvaranje zaraze

Organizmi Koncentracija u sirovoj otpadnoj vodi

Zarazna količina

MPN/100mL Broj organizama

Bakterije:

Bacterioides 107 1010

Coliform, total 97 1010

Colifor , fecal 86 1010 106 1010 Clostridium perfringens 53 1010 10101 Enterococci 54 1010

Fecal streptococci 74 1010

Pseudomonas aeruginosa 63 1010

Shigella 30 1010 2010

Samonella 42 1010 81 1010

Protozoe:

Crzptosporidium parvum oocysts 31 1010 101

Entamoeba histolytica cysts 11 1010 2010

Giardia lamblia cysts 43 1010 20

Crevne gliste

Ova 31 1010

Ascaris lumbricoides 02 1010 101

Virusi:

Enteric virus 43 1010 101

Coliphage 43 1010

Kako se može meriti bakteriološki kvalitet? Odgovor leži u konceptu indikatora mikroorganizma koji, iako nije direktno štetan, prokazuje prisutnost drugih patogena. Pokazatelj koji se najčešće koristi je Escherichia coli ( E.coli), koja se ubraja u grupu koliformnih bakterija (koliformne bakterije su bez spora koje formiraju u crvenom obliku bakterije sposobne da fermentiraju laktozu u roku od 48 sati na temperaturi od 35 oC. Iako su mnogi kolifomni prirodno pojavljuju u vodenim sredinama, E coli, koja se često naziva fekalni kolifom, povezana je sa digestivnim sistemima toplokrvnih životinja. Fekalni koliformni su naročito dobri indikatorni organizmi zato što se lako otkrivaju jednostavnim testom, uglavnom bezopasnim (neki sojevi su veoma patogeni, ali većina njih nije) i ne opstaju dugo van svojih domaćina. Prisutnost fekalnih koliforma u uzorku vode ne dokazuje i prisustvo patogena, niti odsustvo fekalnih koliforma garantuje odsustvo patogena. Ipak, ako je veliki broj fekalnih kolifoma prisutno, postoji velika verovatnoća da se dogodi skorije zagadjenje uzrokovano odparnim vodama od toplokrvnih životinja. Ovaj poslednji iskaz se mora naglasiti. Prisutnost fekalnih koliformnih bakterija ne dokazuje da postoje patogeni organizmi u vodi, ali ukazuju da organizmi poput takvih mogu biti prisutni. Visok broj koliformnih bakterija je zbog toga sumnjiv i voda se ne bi trebala konzumirati, čak iako je bezbedna.

Postoji nekoliko načina za otkrivanje fekalnih koliformnih bakterija. Jedna od najšire korišćenih metoda je tehnika membranske filtracije (MF). Uzorak vode se filtrira kroz sterilni filter mikrospore usisavanjem, hvatanjem bilo kojih koliformna. Filter je smešten u Petri posudi koja sadrži sterilnu hranljivu tečnost koja proizvodi rast fekalnih koliformna dok inhibira druge organizme. Nakon 24 časa inkubacije na temperaturi od 35 oC, broj sjanih metalno crvenih tačkica (kolonije fekalnih koliformna) je izbrojan. Koncentracija koliformna se izražava kao broj koliformnih bakt/ 100 mL uzorka. Oprema koja se koristi za takav test je prikazana na slici.

Slika- Millipore filter aparat za merenje prisustva koliformnih bakterija (MF test). Postupak je ilustrovan u nizu fotografija počevši od gornje leve: (A) millpore filter je stavljen na podršku filtera; (B) levak je zamenjen; (C) izmeren uzorak se sipa u levak; (D) Usisavanje se primenjuje korišćenjem laboratorijskog vakuma; (E) Sukcija se oslobađa i otklanja filter;(F) filter je centriran na hranljivi medijum u Petri šolji; (G) Petri šolja se inkubira na 35 0C u toku 24 sata; (H) kolonije koliformnih bakterija se broje korišćenjem mikroskopa. Druga metoda za merenje prisutnih koliformnih bakterija je tehnika odredjivanja verovatnog prisustva odredjenog broja koliformnih bakterija (MPN, most probable number). Ovaj test se zasniva na posmatranju da li će u supstratu laktoze pomešanom sa ispitivanom vodom, koliformne bakterije proizvesti gas i napraviti zamućenje u supstratu. Proizvodnja gasa se

otkriva pažljivim postavljanjem male tube (epruvete) naopačke unutar veće tube (epruvete) kako bi se izbegla pojava mehurića vazduha u manjoj epruveti, na samom početku eksperimenta. Nakon odredjenog vremena inkubacije, ako je gas proizveden, deo tih gasova će biti zarobljen u manjoj tubi (epruveti) i ovo će, zajedno sa zamućenom tečnošću, ukazati da je u ispitivanoj vodi koja se nalazila u manjoj epruveti, bila prisutna bar jedna koliformna bakterija. Postavljanjem odnosa udela zapremine manje epruvete u odnosu na litar rastvora, odredjuje se broj koliformnih bakterija po litru. Ovaj test se često koristi kada je uzorak veoma mutan i slankast ili kada se radi sa uzorcima blata ili taloga, odnosno kod svih onih medija koji bi ometali prethodno opisanu tehniku membranske filtracije i zasejavanja.

Slika - Epruveta korišćena za metodu najverovatnijeg broja prisutnih koliformnih (MPN test) Treći način merenja koliformna vrši se pomoću aparata koji se naziva Coli Count. Sterilna tkanina sa svim neophodnim hranljivim materijama je umočena u uzorak vode i inkubirana, i kolonije su izbrojane. Ova krpa je dizajnirana da upija tačno 1mL uzorka vode tako da izbrojane kolonije daju koncentraciju koliformna po mililitru. Iako je ovaj način brz i jednostavan, Coli-Count rezultati nisu prihvaćeni za testiranje pijaće vode. Velika problem u testiranju patogena je otkrivanje prisustva virulentnih (zaraznih) sojeva E.coli( npr.E.coli O157:H7) u zalihama hrane i pijaće vode. Standardni, (MF i MPN), testovi ne prave razliku između patogenih i bezopasnih sojeva E.coli; genetsko testiranje se normalno koristi da bi se odredilo koji su sojevi bakterija prisutni. Tokom poslednje dve decenije videli smo sve veći značaj korišćenja drugih indikatora mikroorganizama koji teže da nadomeste ili dopune test E.coli. Na primer, podgrupa enterococcus fekalnih streptokoka bakterija (Streptococcus faecalis, Sfaecium,S.gallinarum i S.avium) se smatraju odličnim indikatorima kvaliteta rekreativnih voda (npr, plazama). Kao i sa E. coli, bakterije enterokokus su stanovnici gastrointestinalnog trakta toplokrvnih životinja i lako su nabrojane korišćenjem filtracije membrane inkubacijom na selektivne hranljive podloge. Patogeni virusi predstavljaju uglavnom tešku grupu organizma za indetifikovanje i izbrojavanje. Zbog ovoga, testiranje na viruse se retko vrši sem ako se ne dogodi izbijanje bolesti ili se ne vrši testiranje bezbednosti recikliranih otpadnih voda. Test brojanja koliformna nije pouzdan za merenje inaktivacije patogena u recikliranim otpadnim vodama zato što su neki patogeni mnogo više otporniji na metode dezinfekcije od koliformnih.