PROČIŠĆAVANJE OTPADNIH VODA

 

IZVORI I ŠIRENJE ZAGAĐENJA VODA

   

Do zagađenja voda dolazi pri prolasku oborina kroz atmosferu, tečenju voda po površini tla i kroz tlo, te ispuštanju otpadnih voda iz različitih izvora. S ekološkog stajališta su od posebnog značaja tri vrste otpadnih voda:

 

   Kućanske otpadne vode (komunalne, gradske, fekalne) formiraju se u kućanstvima, te zdravstvenim, školskim, uslužnim, turističkim i 

  drugim neproizvodnim objektima. Obuhvaćaju i otpadne vode dobivene pranjem ulica, zalijevanjem zelenila i pranjem automobila. Prema

  sadržaju kisika i stupnju razgradnje organskih otpadnih sadržaja razlikuju se:

  - kod svježih kućanskih otpadnih voda razgradnja organskih otpadnih  sadržaja nije napredovala i sadržaj je kisika

    približno jednak sadržaju kisika u vodi iz gradskog vodovoda, 

  - u odstajalim i trulim kućanskim otpadnim vodama je sadržaj kisika približno jednak nuli, utrošen je na razgradnju

    organskih otpadnih sadržaja s tim što je u trulim kućanskim otpadnim vodama već značajno  napredovala anareobna

    razgradnja  organskih otpadnih  sadržaja.

 

Kućanske otpadne vode sadrže znatne količine grubih zagađenja i grubo dispergiranih sadržaja. Od koloidno dispergiranih tvari i otopljenih sadržaja oko dvije trećine su organskog porijekla. Najčešće se kao pokazatelj svojstava kućanskih otpadnih voda koriste: biokemijska potrošnja kisika, sadržaj koloidno dispergiranih tvari i sadržaj mikroorganizama fekalnog porijekla (bakterije i virusi).  Temperatura kućanskih otpadnih voda je povišena za oko 10 C, što ubrzava proces razgradnje organskih otpadnih sadržaja uz utrošak kisika, te je uvijek prisutna opasnost od truljenja. Opasnost je osobito izražena ljeti i u toplijim krajevima. Kućanske otpadne vode u područjima bez kanalizacijskog sustava prikupljaju se u septičkim jamama koje je potrebno povremeno prazniti.

 

   Industrijske otpadne vode prate odvijanje proizvodnih procesa. Svojstva industrijskih otpadnih  voda su veoma različita i ovise

    o prirodi i parametrima proizvodnih procesa.

 

   Oborinske vode ispiru zrak  i površine tla (poljoprivredne, prometne,...) te pri tome  u manjoj ili većoj mjeri bivaju zagađene.

 

POSTUPCI PROČIŠĆAVANJA OTPADNIH VODA

 

          Pročišćavanje otpadnih voda obuhvaća sljedeće postupke: 

             - izdvajanje krutih sadržaja,

             - izdvajanje tekućih sadržaja,

             - izdvajanje plinova,

             - prevođenje opasnih dispergiranih i otopljenih sadržaja u bezopasne oblike,

             - smanjivanje sadržaja mikroorganizama koji izazivaju bolesti.

 

          Uz korištenje odgovarajuće opreme, pri tome se provode pogodni fekalni, kemijski i biološki postupci.  

 

          Najčešće provođeni postupci su:

 

ZAGAĐENJE	POSTUPCI PROČIŠĆAVANJA
GRUBA ZAGAĐENJA	IZDVAJANJE NA REŠETKAMA
GRUBO DISPERGIRANA ZAGAĐENJA	TALOŽENJE, ISPLIVAVANJE
FINO DISPERGIRANA ZAGAĐENJA	ZGRUŠAVANJE, UPAHULJIČAVANJE
BIORAZGRADIVA ZAGAĐENJA	AKTIVNI MULJ, PROKAPNICI ,OKRETNI BIOLOŠKI NOSAĆI , LAGUNE
OPASNI MIKROORGANIZMI	KLORIRANJE, OZONIZACIJA, UV ZRAČENJE
DUŠIK	NITRIFIKACIJA/DENITRIFIKACIJA, IZDVAJANJE AMONIJAKA, KLORIRANJE ("KRITIČNA TOČKA"),   IONSKA IZMJENA
FOSFOR	KEMIJSKO TALOŽENJE, ZGRŠAVANJE (VAPNO), BIOLOŠKI POSTUPCI
TEŠKI METALI	KEMIJSKO TALOŽENJE, IONSKA IZMJENA
NERAZGRADIVA ORGANSKA ZAGAĐENJA	ADSORPCIJA AKTIVNIM UGLJENIM, OZONIZACIJA
OTOPLJENA ANORGANSKA ZAGAĐENJA	KEMIJSKO TALOŽENJE, IONSKA IZMJENA,REVERZNA OSMOZA, ELEKTRODIJALIZA

 

Određivanje organskog opterećenja otpadnih voda

Utrošak KMnO4 potrošak permanganata za oksidaciju organskih tvari, koristi se više kod analiza pitkih voda.
KPK (COD) kemijska potrošnja kisika (Chemical Oxigen Demand), mg/l. Određuje se pomoću kalijevog dikromata u sumpornom mediju. Jako oksidacijsko sredstvo koje oksidira sve što troši kisik: sve topive organske tvari u vodi, bez obzira da li su razgradive biološkim putem, uključujući i mineralne soli (sulfide, soli metala niže valencije), osim amonijaka i ugljikovodika netopivih u vodi (razna mineralna ulja).

BPK (BOD) biološka potrošnja kisika (Biological Oxigen Demand), količina kisika, mg/l, potrošena prillikom inkubacije kod 20 *C u tami, kroz određeni vremenski period pri ćemu se biološki razgrađuju organske tvari u vodi. Kompletna biološka razgradnja, BODfinal, traje 21-28 dana, BOD21 ili BOD28. Prvo oksidiraju spojevi ugljika, a nakon njih dušični. U praksi se zbog praktičnih razloga BOD21 zamjenjuje sa BOD5 što predstavlja količinu kisika konzumiranu nakon 5 dana inkubacije. Time se mjere biodegradibilna organska onečišćenja.

TOC ukupni organski ugljik, (Total Organic Carbon), u posebnom aparatu se spaljivanjem određuje nastali CO2. Prethodno se karbonatni sadržaj zakiseljavanjem prevodi u CO2 i aeracijom uklanja. TOC analizatori su skupi uređaji ali je postupak analize traje nekoliko minuta.

Odnos BOD21, BOD5 i COD.
Kad bi sve organske tvari bile biorazgradive bilo bi BOD21 = COD. Za glukozu vrijedi odnos:
Prisutnost biološki nerazgradivih tvari u otpadnoj vodi se manifestira povećanjem COD u odnosu na BOD. Biološki nerazgradive organske tvari: celuloza, ugljena prašina, lignin, tanin i većina od niza sintetskih organskih spojeva. Odnos COD/BOD5 je karakteristika pojedine otpadne vode, ovisno o uvjetima može biti vrlo različit te se utvrđuje laboratorijski.

Organske tvari (OT) čine kod prosječne komunalne otpadne vode ca 75% suspendiranih tvari, te oko 40 % filtrabilnih tvari.

Organske tvari u otpadnoj vodi čine:
Proteini glavni konstituent OT (40 - 60 %). Životinjska tkiva (biljna manje); nestabilni odnosno lako razgradivi; neki topivi u vodi; uz C, H, O, S, P i Fe sadrže oko 16% N pa su uz ureu glavni donosioci dušikovih tvari u OV; prati ih jak miris u OV.
Ugljikohidrati Cx(H2O)y 25 - 50% OV; predstavnici su šećeri, škrob, celuloza; sastavljeni od C,H i O; mnogi topivi u vodi; razgradnja šećera u alkohol, celuloza - najveći otpor razgradnji.
Masnoće i ulja 10% OV; esteri sastavljeni od alkohola ili glicerola i masnih kiselina; elementarno sastavljeni od C, H i O; masti su dosta stabilne - teško biorazgradive;
Urea je prisutna samo u "svježim" otpadnim vodama.
Sintetičke organske molekule - manje količine, veliki raspon spojeva, tendencija porasta, mnogi slabo ili nikako biorazgradivi, mnogi više ili manje toksični.

 

Prema stupnju pročišćavanja razlikuju se slijedeći uređaji za pročišćavanje otpadnih voda:

 

        1. prethodno pročišćavanje

        2. prvi stupanj pročišćavanja

        3. drugi stupanj pročišćavanja

        4. treći stupanj pročišćavanja

 

PRETHODNO PROČIŠĆAVANJE obuhvaća opremu za izdvajanje grubih zagađenja na rešetkama,  te uklanjanje grubo dispergiranih sadržaja - pijesak (tone) i masnoća (isplivava).

 

Rešetka

Automatska rešetka s presom izdvojenog otpada je namijenjena mehaničkom pročišćavanju raznih vrsta otpadnih voda (komunalne, industrijske, poljoprivredne). Rešetka izdvaja iz otpadne vode gruba zagađenja dimenzija jednakih ili većih od svijetlih otvora rešetke (po  izboru: 2,4,6 ili 10 mm). Nakon prešanja otpad se odlaže u plastične vreće u kojima se odvozi na gradsku deponiju.

Može biti statička i pokretna, gruba i fina. Služi za odstranjivanje grubih plivajućih tvari => lišće, tkanine, iverje, granje, dlake (mesna industrija) i slično.
 

Podjela prema veličini mreže:
- fina rešetka 3-10 mm
- srednje fina 10-25 mm
- gruba rešetka 50-100 mm.
Kod ručno čišćenih rešetki uzima se veličina očiva >20 mm.
- nagib cca 80*
- brzina strujanja kroz rešetku cca 0,6-1 m/s
- otpor strujanja je ca 0,05-0,15 m.v.s. (0,4 m kod otpadnih voda)

Pjeskolovi
Odvajanje šljunka, pijeska i mineralnih čestica iz vode. Odvajanje čestica srednjeg promjera sr>200m. Primjena slobodnog taloženja - sedimentacija.
Bazeni dubine ca 1 m, opterećenje 15-30 m3/m2h.

Mastolovi
Služe za uklanjanje ulja i masti, uljni separatori. Ulja i masti su specifično lakši od vode. U takvim je bazenima vrijeme retencije vode ca 3-5 min, brzine strujanja cp=ca 15 m/h. Na taj način zadržava se oko 80% masnih tvari. Temperatura mora biti <30 *C.
 

Fina sita
- makrosito "mesh" > 0,3mm (0,3 do nekoliko mm), izrađuje se od performiranog nehrđajućeg čelika
- mikrosito "mesh" < 100 *m, koristi se za pitku vodu (planktoni) ili iz pred tretirane otpadne vode.

 

PRVI STUPANJ PROČIŠĆAVANJA obuhvaća opremu za provedbu fizikalnih i/ili kemijskih postupaka kojima se uklanja minimalno 50 % dispergiranih sadržaja, a BPK5 smanjuje za  minimalno 20 % u odnosu na ulaznu otpadnu vodu.

Specifična obrada, vezana uz vrstu otpadnih voda.

Neutralizacija
Kod procesa demineralizacije npr. vodi koja ima suvišak H2SO4 dodaje se vapno Ca(OH)2 pa je uz vodu produkt gips - CaSO4.

Taloženje
Odvajanje suspendiranih tvari iz vode koja se obrađuje gravitacijskim taloženjem. Vrlo često je potrebno utjecati na elektrokinetička svojstva koloidno suspendiranih tvari (koagulacija) radi ubrzanja taloženja. Taložiti se mogu samo one suspendirane tvari koje su specifično teže (od vode) te imaju dovoljnu veliku dimenziju da bi utjecaj gravitacijskog polja nadvladao difuzijsko polje.

Flotacija - primjer UPOV Borik
Odvajanje suspendiranih tvari (krutih i kapljevitih) podizanjem (uz pomoć finih mjehurića) na površinu. Ovaj postupak separacije suspendiranih tvari je pogodan za specifično lakše tvari, ali je moguće flotirati i tvari spec. teže od vode. I ovdje je poželjno intervenirati u slučaju velike dispergiranosti koloidnih sustava.

Filtracija
Nakon taloženja – primarnog bistrenja slijedi filtracija preko različitih filtracijskih materijala: kvarcni pijesak, antracit, lava, aktivni ugljen, koks, i dr. Kemijska oksidacija. Primjena jakih oksidacijskih sredstava kao što su O3, H2O2, O3/H2O2, klorni spojevi, i dr.
 

Dezinfekcija
 

DRUGI STUPANJ PROČIŠĆAVANJA obuhvaća provedbu bioloških postupaka kojima se smanjuje  sadržaj dispergiranih tvari i BPK5 za 70 - 90 %, te KPK za minimalno 75 % u odnosu na ulaznu otpadnu vodu.

 

U okviru biološkog stupnja obrade vode postoje tri osnovna mehanizma uklanjanja organskih tvari:
 

Biološka razgradnja - primjer UPOV Centar
 

Adsorpcija (uglavnom teže razgradiva ili nerazgradiva organska tvar na biomasu)
 

Otplinjavanje (lako hlaprljive organske tvari)
Važno je navesti da su posljednje vrijeme nastale velike promjene u zakonskoj regulativi koja se odnosi na dozvoljene količine isplinjenih ugljikovodika. Stoga se mnogim postrojenjima koja su godinama u atmosferu isplinjavala hlapive organske spojeve (VOC – Volatile organic carbon) rade preinake u tehnološkom procesu.
Biološko pročišćavanje predstavlja uvijek sekundarnu obradu, dakle uvijek joj prethodi mehanička i eventualno kemijska obrada.
U suštini, biološka obrada jest intenzivno forsiranje procesa autopurifikacije koji savršeno funkcioniraju u prirodi.
Pritom se simultano odvijaju tri bitno različita procesa:
 

Oksidacija
CO2 + NH3 + ostali produkti +®COHNS + O2 + bakterija  energija (organska tvar)

Biosinteza
®COHNS + O2 + bakterija  C2H7NO2 (organska tvar) (nove stanice)

Autooksidacija
C2H7NO2 +  5CO2 + NH3 + 2H2O + energija®5O2 (bakterija)

Mikroorganizmi mogu razgraditi gotovo sve organske tvari, koje im služe kao hrana za rast i razmnožavanje. Za život zahtijevaju određene uvjete kao što su temperatura, pH, hranjive tvari: dušik, fosfor, spojeve s ugljikom te kisik.
Dijelimo ih u tri grupe:
• aerobne trebaju kisik za život i razvoj
• anaerobne žive bez prisustva kisika
• fakultativne mogu živjeti skoro u svim uvjetima, sa ili bez kisika.

Da se ubrza proces razgradnje organskih tvari potrebno je osigurati optimalne uvjete za život bakterija, posebno odnos dušika i fosfora.

 

TREĆI STUPANJ PROČIŠĆAVANJA obuhvaća provedbu fizikalno - kemijskih i bioloških postupaka kojima se smanjuje sadržaj hranjivih sadržaja za 80 % u odnosu na ulaznu otpadnu  vodu. Danas su tehnologije obrade otpadnih voda razvijene do visokog stupnja obrade pa se  u ekstremnim okolnostima, ako je nužno potrebno, pročišćene otpadne vode mogu ponovno  koristiti kao vode za piće. U većini slučajeva, takav visok stupanj obrade otpadnih voda nije potreban s gledišta zaštite voda, a niti opravdan s ekonomskog stanovišta jer zahtijeva velika investicijska i operativna ulaganja.