Zaštita voda Zagađenje voda nastaje uslijed dotoka komunalnih i industrijskih otpadnih voda i odnosi se na biološko, hemijsko, fizičko i temperaturno zagađivanje voda. Samoprečišćavanje voda je prirodan process regeneracije, koji se završava sa manje ili više uspostavljenim stanjem vode prije mešanja sa zagađujućim komponentama. Organska, neorganska i bakteriološka opterećenja u otpadnim vodama uglavnom potiču iz industrijskih procesa. Izvori zagađenja voda su raznoliki i teško prepoznatljivi. Razlaganje organskih komponenata mnogo je sporije u podzemnim nego u površinskim vodama. Razlog je manja koncentracija kiseonika. Zakonske norme sadrže odgovornosti, postupke za dobijanje odobrenja, obaveze kontrole, granične vrijednosti i postupke određivanja koncentracije zagađujućih komponenata u otpadnim vodama.

Karakteristike i dopuštene koncentracije zagađujućih komponenata

Otpadne vode predstavljaju potencijalnu opasnost za životnu sredinu čovjeka, životinja i biljaka. Karakteristike zagađujućih komponenata koje se ispuštaju u recipijent moraju biti takve da obezbjede propisan stepen čistoće vode vodotka. Zato je neophodno znati sposobnost samoprečišćavanja vodotoka. Na osnovu ove karakteristike vodotoka može se odrediti da li taj vodotok može da posluži kao prirodni recepijent ili je potreban poseban stepen prečišćavanja otpadnih voda. Pokazatelji štetnog dejstva komponenata u otpadnoj vodi su:

• Organoleptički – za komponente koje vodi daju boju, neprijatan ukus i miris;

• Opšte-sanitarni – za komponente koje imaju sposobnost samoprečišćavanja;

• Sanitarno-toksični – za komponente koje imaju toksično dejstvo na životnu okolinu.

Zagađujuće komponente u vodama se mogu podjeliti na:

• Komponente koje se u vodi ne razgrađuju i uglavnom ostaju u vodi i

• Komponente koje se u vodi postepeno razgrađuju i iščezavaju iz vode.

Prvu grupu spadaju uglavnom neorganske komponente i proračun dopuštenih koncentracija komponenata u otpadnoj vodi prije ulivanja u vodotok ne predstavlja veći problem. Proračun je mnogo složeniji kod komponenata koje se u vodi postepeno razgrađuju. Sličan problem se javlja i kod proračuna toplotnog opterećenja vodotoka poslije mješanja sa zagrejanom otpadnom vodom. Najvažniji činioc samoprečišćavanja vode jeste aerobna bakterija koja razgrađuje organske komponente uz potrošnju kiseonika. Ovo može da ima negativan uticaj na životnu sredinu zbog smanjenja koncentracije kiseonika u vodotoku.

Određivanje koncentracije zagađujućih komponenata Za procjenu stanja i upotrebljivosti voda postoji vi[e različitih postupaka i to:

• Fizički – određivanje temperature, pH-vrijednosti, boje, mirisa, zamućenosti, gustine, masene koncentracije čvrstih komponenata i suvog ostatka

• Hemijski – određivanje udjela čvrstih, tečnih i gasovitih komponenata u vodi.

• Biološki – određivanje koncentracije organskih komponenatau vodi,

• Bakteriološki – određuje se broj bakterija u jednom ml vode, • Ekološki – određuje stanje vode kao životnog prostora biološkog

sistema poslije uviđenja otpadnih voda. Jedinice za koncentraciju neorganskih i vještačkih organskih jedinjenja je mg/l. Koncenracija organskih komponenata određuje se preko biohemijske potrebe kiseonika (BPK). Glavne zagađujuće komponente otpadnih voda su:

• Suspendovane komponente – nerastvorljive čestice neorganskog porijekla,

• Suvi ostatak – pokazatelj sadržaja mineralnih komponenti u otpadnoj vodi,

• Koliformne bakterije – patogeni mikroorganizmi opasni po čovjekovo zdravlje,

• Toksične komponente – komponente koe štetno dijeluju na čovjeka i njegovu okolinu, uništavaju čitave grupe mikroorganizama i na taj način spriječavaju procese razgradnje organskih komponenata.

Biohemijski potreban kiseonik (BPK) je glavni pokazatelj zagađenosti otpadnih voda, na osnovu koga se vrši izbor postupka prečišćavanja. BPK je masa kiseonika (mg) potrebna da se u laboratorijskim uslovima razgradi organka komponenta u litru otpadne vode. Hemijski potreban kiseonik (HPK) je masa kiseonika potrebna za oksidaciju organskih jedinjenja i neorganskih soli.

Odnos HPK/BPK predstavlja parametar biorazloćivosti koja predstavlja osobinu organskih komponenata u otpadnim vodama da se razlažu pod dejstvom mikroorganizama. pH vrijednost predstavlja koncentraciju vodonikovih jona u vodenom rastvoru i odražava mjeru kiselosti, odnosno bazičnosti sredine. Boja miris i ukus su svojstva vode koja se mogu opaziti čulima vida, ukusa i mirisa. Boja je poslijedica prisustva koloidnih organskih komponenata u vodi, a miris i ukus su poslijedica lučenja organizama koji žive u vodi.

Procesi, uređaji i postrojenja za preradu otpadnih voda Smanjenje zagađenosti voda otpadnim vodama može se postići:

• organizacionim ili tehnološkim promenama u industrijskim procesima nastajanja otpadnih voda

• zamenom vode drugim sredstvom (korišćenje vazduha ili nekih drugih rashladnih fluida)

• primenom postupaka za preradu otpadnih voda Pri razvoju novih i racionalizaciji postojećih procesa trebalo bi:

• prednost davati rešenjima sa manjom potrošnjom vode i manjim zagađivanjem otpadnih voda

• ispuniti zahteve za što većim dobijanjem sekundarnih sirovina iz procesa korišćenja i prerade voda

• kod proizvoda jednake vrednosti prednost dati proizvodnji sa manjom specifičnom potrošnjom vode

Izbor postrojenja i uređaja zavisi od vrste otpadne vode odnosno njenog porekla.

Mešači i uređaji za osrednjavanje karakteristika otpadnih voda Obično su protok i sastav otpadnih voda promenljivi što je prouzrokovano nestacionarnim radom tehnoloških procesa. Pri naglim promenama protoka otpadnih voda u prvom redu se narušava rad taložnika i filtara dok se pri promenama sastava narušava rad uređaja za oksidaciju i neutralizaciju. Usrednjavanje sastava otpadnih voda postiže se mešanjem voda različitog sastava i uvođenjem reagensa u vodu (pri neutralizaciji kiselih otpadnih voda). U prvom slučaju primenjuju se osrednjivači, au drugom slučaju mešači. Najrasprostranjeniji su mešači sa nepotpunim pregradama i pregradama sa otvorima (sl. 3.3).

Pregrade za usmeravanje struje postavljaju se pod uglom 45 - 135º u odnosu na smer kretanja vode. Ugao od 135º daje veoma dobro mešanje, ali uz povećani pad pritiska. Što je brzina vode u suženju veća, mešanje je bolje ali je pad pritiska veći. Obično se brzina u suženom preseku između pregrada i zida kreće u intervalu 0,8 – 1 m/s. Brzina strujanja vode u otvorima pregrada je 1 – 1,2 m/s . Pregrade sa otvorima obezbeđuju bolje mešanje nego nepotpune pregrade. Mešači sa pregradama su nepogodni za primenu kada je izraženije taloženje reagensa (npr. krečno mleko). Za ovakve slučajeve pogodnije je koristiti vertikalne mešače vihornog tipa (sl. 3.4).

Mešanje omogućava promene brzine strujanja pri prolazu vode kroz konusni deo mešača. Brzina strujanja vode na ulazu u konusni deo je 1 m/s, a u cilindričnom delu mešača ona je manja od 0,03 m/s. Vreme boravka vode u mešaču zavisi od kvaliteta reagensa i kreće se u granicama od 1 – 2,5 min. Pri obradi otpadnih voda sa velikim protocima vihorni mešači zahtevaju veliki prostor za smeštaj. Takođe od protoka otpadnih voda zavisi i efekat mešanja i pad pritiska. Ovi nedostaci vertikalnih mešača otklonjeni su kod mehaničkih mešača (sl. 3.5). Mehanički mešači su pogodni za ispravno unošenje reagensa u vodi i u slučaju naglih promena protoka otpadne vode. Kapacitet mešača se postiže promenom broja obrtaja vratila mešalice. Vreme boravka vode u mehaničkim mešačima sa lopaticama (sl. 3.5a) je 3 – 5 min, a u propelernim 1 – 2 min. Broj obrtaja lopatice se kreće od 0,3 – 0,5 obrt/s. Broj obrtaja vratila kod propelernih mešača zavisi od broja prolaza vode kroz nepokretan plašt (7).

Za osrednjavanje koncentracije zagađujućih komponenata u otpadnim vodama koriste se vještačka jezera I specijalni rezervoari – osrednjivači. Jezera osrednjivači imaju velike kapacitete, ali sa niskim efektom osrednjavanja vode,koji direktno zavise od strujanja vode u jezeru, promjene temperature I sl. Rezervoari – osrednjivači imaju malu zapreminu. Osrednjavanje se postiže prinudnim mješanjem otpadnih voda. Pri tome se primjenjuju mehaničke mješalice, barbotiranje vazduhom ili sistemi pregrada koje razdvajaju vodu nizstrujno. Nedostatci ovih riješenja su upotreba dodatne opreme i potrošnja energije.

Taložnici Taloženje je osnovni postupak izdvajanja iz otpadnih voda nerastvorenih taložnih ili plivajućih mehaničkih primesa, lebdećih čestica, emulgovanih ulja itd. Taloženje može biti prethodna ili završna etapa prečišćavanja vode. Taložnici se dele na horizontalne, vertikalne i radijalne. Horizontalni taložnici se najčešće primenjuju za protok otpadne vode do 20.000 m3/dan, a vertikalni za protoke do 10.000 m3/dan. Radijalni taložnici koji rade po istom principu kao i horizontalni koriste se za protoke veće od 20.000 m3/dan. Pri izboru tipa taložnika razmatraju se sledeći elementi:

• protok otpadne vode, • koncentracija taložnih komponenti, • njihove karakteristike, • lokalni uslovi i • tehno – ekonomski pokazatelji.

Za hidraulički i tehnološki proračun svih tipova taložnika potrebni su podaci o protoku otpadne vode, koncentraciji nerastvorenih komponenata, gustini mešavine vode i taloga, kinetici taloženja ili plivanja rastvorenih komponenata.

Kristalizacija Rastvorljivost komponenata u vodi je različita i zavisi od vrste komponente i od temperature vode. Promenom temperature rastvora može se dobiti prezasićen rastvor, a zatim i kristali rastvorene komponente. Na tom principu zasnovan je metod izdvajanja kristala zagađujućih komponenata iz otpadnih voda koji se ostvaruje pri prirodnom ili veštačkom ubrzanju isparavanja tečnosti. Ovaj metod se primenjuje za manje protoke otpadnih voda sa većim koncentracijama zagađujućih komponenti. Pri nižim koncentracijama potrebno je prethodno izvršiti uparavanje otpadnih voda. Tipovi kristalizatora: - periodičnog dejstva sa prirodnim hlađenjem na račun isparavanja vode - periodičnog dejstva sa mešanjem i veštačkim hlađenjem - sa kontinualnim radom (za veće kapacitete) - aparati sa uparavanjem pri atmosferskom pritisku ili pod vakumom

Uparavanje Uparavanje otpadnih voda se primenjuje radi povećanja koncentracije soli u njima, čime se ubrzava kristalizacija. Uparavanje se primenjuje za obradu visokokoncentrisanih voda malog protoka kada su druge metode prerade ekonomski neprihvatljive ili ih je praktično teško izvesti. Uparavnje se može izvesti kao jednostepeno, višestepeno ili pod vakuumom. Prosto uparavanje (jednostepeno) se izvodi u otvorenim sudovima. Za zagrevanje se koristi prigušena para niskog pritiska. Kod višestepenog uparavanja koristi se sekundarna (stvorena) vodena para od uparavanja tečnosti u prethodnom stepenu za uparavanje rastvora u sledećem stepenu. Takvim korišćenjem sekundarne pare znatno se smanjuje potrošnja pare za uparavanje po 1 kg rastvora u odnosu na jednostepeno. Specifična potrošnja pare izražena u kilogramima po 1 kg uparene vode teorijski se smanjuje proporcionalno broju stepeni uparavanja, ali se to praktično ne postiže.

Ekstrakcija Ekstrakcioni metod prečišćavanja otpadnih voda zasniva se na tome da se u smeši dve uzajamno nerastvorljive tečnosti svaka komponenta koja se nalazi u rastvoru raspoređuje u tečnosti saglasno njihovoj rastvorljivosti. Za proces ekstrakcije najčešće se primenjuju organski rastvarači koji se ne mešaju sa vodom [benzol, mineralna ulja, tetrahlor ugljenik itd.]. Prečišćavanje otpadnih voda ekstrakcijom može se vršiti na 3 načina:

• jednostepena ili višestepena obrada svežim rastvaračem • mešanje vode i ekstragenta (rastvarača) u suprotnosmernom

aparatu sa naknadnim razdvajanjem tečnosti • mešanje vode i ekstragenta u više suprotnosmernih aparata

Aeracija Fizičko hemijska osnova prečišćenih otpadnih voda aeracijom je oksidacija primesa otpadne vode kiseonikom iz vazduha, a takođe i prelaz rastvorenih isparljivih komponenata u gasnu fazu pod uticajem vazduha. Brzina oksidacije kiseonikom rastvorenih komponenata zavisi od koncentracije komponenata, temperature i pH vrednosti rastvora, načina strujanja vazduha kroz vodu. Brzina oksidacije se određuje na osnovu laboratorijskih ispitivanja.

Adsorpcija Prečišćavanje voda adsorpcijom zasnovano je na izdvajanju rastvorenih komponenti na površini čvrstog tela (sorbent). Kao sorbent mogu se koristiti svi materijali koji imaju veliku aktivnu specifičnu površinu: aktivni ugalj, koksni prah, treset, kaolin, strugotina, pepeo, silikagel itd. Najveću primenu imaju aktivni ugalj i silikagel. Ulogu sorbenta imaju i hidroksidi metala (kod koagulacije), aktivni ugalj u sudovima za aeraciju, planktoni, sloj biološkokog materijala u biofiltru.

Neutralizacija Neutralizacija otpadnih voda zasniva se na uzajamnom dejstvu vode i kiselih ili baznih komponenata dodatih vodi tako da se dobija neutralna reakcija vode (pH=7). Neutralizacija se ostvaruje dodavanjem reagenasa vodi ili filtriranjem vode kroz materijale za neutralizaciju. Za neutralizaciju kiselih voda primenjuje se kreč, krečnjak, mermer i dolomit. Bazne vode se uvek neutralizuju tehničkom sumpornom kiselinom H2SO4. Najjeftiniji reagens je kreč i obično se primenjuje u obliku krečnog mleka, ili kao gusta pasta ili prašak. Postrojenje za neutralizaciju čine: Taložnike, rezervoare za kiselu i baznu vodu, skladište negašenog kreča, sud za gašenje kreča, rezervoar rastvarača, dozatore, mešače, reaktor za neutralizaciju, taložnik neutralizovanih voda i deponija mulja.

Mutaciono filtriranje U ovom procesu zagađujuće rastvorene u vodi hemijski reaguju sa hemijski aktivnom ispunom filtra.

Flotacija Kod flotacije se primenjuje princip isplivavanja čestica na površinu tečnosti zajedno sa mehurićima vazduha. Flotacija može da zamjeni taloženje. Vlažnost flotiranog ostatka je 2-3 puta manja od vlažnosti ostatka dobijenog taloženjem. U praksi se primjenjuju postupci stvaranja vazdušnih mjehurova I to:

• dodavanjem vazduha na usisu pumpe, • dispergovanjem vazduha pomoću poroznih elemenata, • dispergovanjem vazduha pomoću turbinskih uređaja, • pneumatskim dispergovanjem vazduha.

Vrijeme flotacije zavisi od karakteristika tečnosti I mehaničkih primjesa I za svaki slučaj se određuje eksperimentalno.pri proračunu za vrijeme flotacije se uzima 15 – 20 min.

Biološko prečišćavanje Koncetracija organskih komponenata u industrijskim otpadnim vodama često dostiže i nekoliko grama po litru vode i mnogo je veća od koncetracije u vodotokovima. Jedan deo organskih komponenata se izdvaja pri mehaničkoj i fizičko-hemijskoj obradi otdadnih voda dok se potpunije izdvajanje zagađenih otpanih voda postiže biološkim prečišćavanjem. Osnovni faktori koji određuju mogućnost biološkog prečišćavanja otpadnih voda su:

• sklonost organskih komponenata ka biohemijskoj oksidaciji, • koncentracija zagađujućih komponenata, • koncentracija toksičnih komponenata koje djeluju na

mikroorganizme, • reakcija otpadnih voda I niz drugih faktora.

Priprema otpadnih voda za biološko prečišćavanje u mnogim slučajevima se sastoji u smanjenju koncentracije zagađujućih komponenata razblaživačem. Voda za razblaživanje može da bude prečišćena ili voda iz vodotokova.

Prerada produkata iz procesa drečišćavanja Otpadni materijali iz procesa prerade otpadnih voda trebalo bi da imaju visok udeo izdvojenih komponenata, a mali udeo preostale vlage. Tečni otpadi materijali zahtevaju dodatne procese i uređaje za prečišćavanje. Kod većinje postrojenja za prečišćavanje produkti iz procesa prečišćavanja su u vidu mulja sa masenim udelom vode najčešće 96-98%. Sušenje mulja korišćenjem vlažnog mulja, biotehnološko korišćenje mulja,proizvodnja biogasa su najznačajnije metode za preradu vode iz procesa prečišćavanja vode.