1ZAŠTITA OKOLIŠA

Z A Š T I T A O K O L I Š A

2ZAŠTITA OKOLIŠA

Nabrojite i opišite osnovne grupe vodenog okolišaVodeni okoliš je razvrstan u 4 grupe na osnovi fizikalno-kemijskih i mikrobioloških karakteristika:

1. SLATKOVODNI OKOLIŠ – kopnene vode koje nisu u izravnoj vezi s morskom vodom.Dva tipa prirodnih voda: a) Tekućice (izvori, rijeke, potoci) b) Stajaćice (jezera, bare, močvare) IZVORI – nastaju dospijećem podzemne vode na površinu tla. Hladni izvori - napajaju se snijegom ili ledom koji se

otapa uplaninama. Termalni izvori – topli ili vrući izvori oko vulkanskih područja ili velikih dubina. Po kemijskom sastavu izvori mogu biti: sumporni, magnezijevi, kiselice i radioaktivni. Prisutni mikroorganizmi: bakterije i alge

POTOCI I RIJEKE: izvori dospijevaju na površinu, spajaju se s drugim izvorima vode tvoreći potoke i rijeke. Gibanjem vodene mase u koritima dolazi do akumulacije organske tvari i heterotrofne populacije iz zemljišnog okoliša. Mikrobna populacija u rijeci zato slična zemljišnoj mikrobnoj populaciji. Heterotrofi su aerobni i anaerobni.

JEZERA – stajaćice, ipak dinamičan okoliš stvara : dotok i odtok vode, strujanje uzrokovano vjetrom i miješanje zbog temperaturnog gradijenta. Interakcija mikrobnih zajednica je vrlo kompleksna. Znanstvenici smatraju da je jezero ekstremni okoliš zbog: sunčevog zračenja, velike fluktuacije temperature, akumulacije toksičnih spojeva (teški metali). U ljetnom razdoblju termalnu stratifikaciju karakterizira nastajanje tri sloja u jezeru. U jesen - površinska voda se hladi, miješaju se slojevi vode i razbija se termoklina. Rezultat: podjednaka temperatura vode po vertikalnom profilu.

2. ESTUARIJSKI OKOLIŠ – prijelazno područje između prirodne i morske vode. Estuarij – poluzatvoreni obalni dio vode (kao dio rijeke) koji se sastaje s morem. Imaju promjenjive okolišne uvjete zbog: drastične promjene saliniteta na maloj udaljenosti, sezonskog dotoka prirodnih voda (kiša, otapanje snijega), mikroorganizmi i biljke su se privikli na takvu fluktuaciju, zbog velike mutnoće vode manje je primarnih proizvođača a više sekundarnih proizvođača (heterotrofa).3. MORSKI OKOLIŠ – kompleksan, znanstvena disciplina oceanografija proučava sve njegove aspekte. Osnovne ekološke značajke: pokriva oko 70% površine Zemlje, duboko je i kontinuirano, a ne razdvojeno kao kopno i kopnene vode. Oceani su povezani, voda stalno cirkulira zbog vjetrova, prisutni su valovi različitih vrsta, te dizanje i puštanje vode pod utjecajem Mjeseca i Sunca. Temperatura, salinitet i dubina - glavne prepreke za slobodno kretanje morskih organizama. Slano je, sadrži oko 3,5 % raznih soli. Prisutni raznovrsni organizmi i karakteristične zone kao kod jezera.4. PODZEMNE VODE – nalaze se u podzemnom dijelu na kopnu i uključuju plitke i duboke vodonosnike. Mikroorganizmi isključivi stanovnici i prevladavaju bakterije. Za razliku od ostalog vodnog okoliša, gdje ima puno planktona, većina bakterija je imobilizirana uz stjenku vodonosnika ili suspendirana u vodi. Generalno vrlo je slaba mikrobna aktivnost zbog niskih koncentracija hranjivih tvari.

Objasnite termalnu stratifikaciju voda stajaćica U ljetnom razdoblju termalnu stratifikaciju karakterizira nastajanje tri sloja u

jezeru: epilimnion (površinski sloj)termoklina (granica koja sprječava miješanje tople i hladne vode)hipolimnion (duboki hladni sloj vode)

U jesen - površinska voda se hladi, miješaju se slojevi vode i razbija se termoklina. Rezultat: podjednaka temperatura vode po vertikalnom profilu.

Opišite kako se provodi uzorkovanje vode za analizu. Svi uzorci voda kao što su podzemne, vode za piće, površinske, morska voda i

otpadna voda obvezno se pune u odgovrajuću staklenu bocu koja je kemijski čista a za mikrobiološku analizu u sterilne staklene boce manjeg ili većeg kapaciteta. Ukoliko je voda dezinficirana klorom, prije sterilizacije u boce treba dodati Na2S2O3 za vezanje prisutnog rezidualnog klora.

Uzorke vode iz rijeka, jezera, potoka i mora treba uzimati na udaljenosti od obale, 1 m ispod površine vode (zbog djelovanja ultraljubičastih zraka). Ovisno o istraživanju, uzorak uzeti i svakih daljnjih 5 m po vertikalnom profilu vodotoka, manji volumen vode zahvatiti izravnim uranjanjem odgovarajuće boce a ako se koriste plastična crijeva za uzorkovanje u duljem vremenskom razdoblju, pustiti vodu jedno vrijeme teći i onda puniti u odgovarajuće spremnike za uzorke.

Podzemne vode - vodocrpilišta, kaptirani bunari izvorske i mineralne vode,voda u distribucijskom sustavu: dezinficirati slavinu, pustiti da voda teče najmanje 10 min i onda puniti bocu. Piezometri za ispitivanje izdašnosti potencijalnog bunara: voda teče kontinuirano kroz plastično crijevo, prije uzorkovanja potrebno dobro dezinficirati rub crijeva, pustiti vodu teći još jedno vrijeme i tek onda uzeti uzorak

Otpadne vode: Princip uzorkovanja sličan kao kod prethodno opisanih. Razlika: uzorci se uzimaju na ulazu i izlazu iz uređaja za obradu otpadnih voda te na ulazu u recipijent. Uzorci mogu biti trenutni ili kompozitni.

Skladištenje uzoraka vode: Nakon uzorkovanja boce se stavljaju u prenosivi hladnjak i odmah analiziraju po dolasku u laboratorij. Ukoliko nije moguće, čuvati pri +4°C najviše do 12 sati.

Opišite kako dospijevaju ioni nitrata u vodonosnike i njihov utjecaj na zdravlje Prisutnost nitrata u vodocrpilištima i njihovo uklanjanje Danas već brojna vodocrpilišta bivaju opterećena spojevima kao što su nitrati. Nitrati u tlu i vodi mogu biti prirodnog kao i antropogenog podrijetla. Nitrati prirodnog podrijetla posljedica su mikrobne aktivnosti u tlu. Tijekom biorazgradnje biljnog materijala koji sadrže i dušične spojeve u tlo dospijeva dušik u obliku amonijaka i nitrata. Ove spojeve biljke mogu asimilirati ili se mogu transportirati te dospjeti u zrak ili u vodenu fazu. Osim toga nitrati mogu potjecati iz geoloških ležišta nitratnih soli. Ipak, prirodne koncentracije nitrata u podzemnim vodama uobičajeno su <3 mg nitrata-N L-1, viša koncentracija nitrata od ove znak je da je to posljedica nepravilnog odlaganja otpadnih tvari (septičke jame, različiti procesi kemijske i prehrambene

3ZAŠTITA OKOLIŠA

industrije, poljoprivredne aktivnosti) što je rezultat ljudske aktivnosti. Utjecaj na ljudsko zdravljeNitrati kao nisu opasni po zdravlje ljudi nego ioni nitrita. Nitriti nastaju redukcijom nitrata u prisutnosti mikroflore u usnoj šupljini i u probavnom traktu, te oni izazivaju methemoglobinemiju. Methemoglobin (metHb) nastaje kao produkt transformacije hemoglobina pri čemu se fero-ion oksidira u feri-ion pri čemu se onemogućava transport kisika u krvi. Normalna koncentracija metHb kod odraslih iznosi 1% a kod djece 2%. Pri 10% metHB-a dolazi do cijanoze (tijelo poplavi), a pri 50-60% moguća je koma i smrt.

Opišite kako se uklanjaju nitrati iz izvorišta vode Nitrati prisutni u vodi mogu se ukloniti na više načina. Jedan od procesa je biološka denitrifikacija. To je kompleksni

proces jer je neophodno dodavati kosupstrat koji služi kao izvor ugljika i energije. Za rast i razvoj anaerobnih heterotrofnih bakterija može se upotrijebiti metanol, denaturirani etanol i octena kiselina, a vodik za rast i razvoj anaerobnih autotrofnih bakterija. Prednost je ovog postupka što nastaje malo biomase i jednostavno je pokretanje te zaustavljanje bioreaktora. Pri tome se mogu odabrati dva tipa reaktora: s nasutim slojem ili fluidiziranim slojem. Metanol se najčešće dodaje kao izvor ugljika i to u stehiometrijskom odnosu. Reakcija biološke denitrifikacije je dvostupanjska i može se prikazati sljedećim jednadžbama:

a) 6 NO3 + 2 CH3OH → 6 NO2- + 2 CO2 + 4 H2O b) 6 NO2- + 3 CH3OH → 3 N2 + 3 CO2 + 3 H2O + 6 OH-

Na osnovi eksperimentalnih laboratorijskih proučavanja razvijena je empirijska jednadžba koja opisuje uklanjanje nitrata: NO3- + 1,08 CH3OH + H+ → 0,065 C5H7O2N + 0,46 N2 + 0,76 CO2 + 2,44 H2OUkoliko je u vodi prisutan samo nitrat jednadžba pokazuje količinu potrebnog metanola, ali ako su prisutni nitriti i organske tvari onda je potrebna veća količina metanola.

Nitrati se mogu uklaniti i ionskom izmjenom. Pri tome su potrebni veliki pogoni i nakon denitrifikacije potrebna je velika količina otopine natrijevog klorida za regeneraciju smole u ionskom izmjenjivaču. Otopina NaCl nakon regeneracije sadrži visoku koncentaciju nitrata, klorida i ponekad sulfata koji se ne smiju ispustiti bez obrade (uobičajeno biološke).

Na kraju postoji i kombinirana metoda uklanjanja nitrata. Prvo se u ionskom izmjenjivaču uklone ioni nitrata iz vode a zatim se eluat nakon regeneracije ionske mase odvodi u biološki denitrifikacijski reaktor. Ovako pročišćeni istok ponovo se može koristiti za regeneraciju smole u ionskom izmjenjivaču.

Objasnite mehanizme filtracije. Mehanizam filtracije može biti fizikalni i kemijski. Neke čestice samo se talože na kvracni pijesak. Također se talože kada im je promjer veći od promjera pora čestica aktivnog ugljika. Druge se čestice adsorbiraju djelovanjem različitih sila poput elektrostatskih sila, van der Waalsove sila, gravitacijskih sila ili kemijskom adsorpcijom (kemisorpcija). Prijenos čestica može se odvijati sedimentacijom, inercijskim silama, difuzijom ili slučajnim dodirom. Koji će mehanizam prevladati ovisi o protoku vode, karakteristici suspenzije te filtarskom materijalu.

Opišite kako se modelira proces filtracije.Modeliranje procesa filtracije preko granuliranih filtara osniva se na pojednostavljenim teorijama i empirijskim jednadžbama. Matematički izrazi koji opisuju adsorpcijsku izotermnu ravnotežu mogu se prikazati Freundlichovom jednadžbom ili Langmuirovom jednadžbom.

a) Freundlichova jednadžba glasi:Freundlichova izotermna jednadžba dobro opisuje adsorpciju organskih tvari kod razrijeđenih otopina i u malom rasponu koncentracija. Ako je tvar u otopini nepoznata, koncentracije se mogu izraziti pokazateljima kao što su kemijska (KPK) ili biokemijska (BPK) potrošnja kisika.

b) Langmuirova jednadžba: Jednadžba se osniva na pretpostavci da se samo jedan sloj tvari adsorbira na površinu adsorbensa, da se adsorbirane molekule ne mogu gibati k površini adsorbensa i da je adsorpcijska entalpija jednaka za sve molekule.

4ZAŠTITA OKOLIŠA

Langmuirove adsorpijske izoterme se grafički prikazuju kako je prikazano u slici u lijevom stupcu, ovisno o odabranoj jednadžbi. Konstante KA i qm mogu se očitati iz nagiba pravca i odsječka na ordinati. Ovaj oblik izotermi je pogodan za prikaz adsorpcije anorganskih tvari iz voda, kao što su npr. ioni različitih teških metala. Krivulja koja prikazuje zasićenje adsorbensa i proboj onečišćujuće tvari u izlaznom toku grafički je prikazana u desnom stupcu.

Objasnite zašto dolazi do gubitka tlaka tijekom filtracije i kako se izračunava gubitak tlaka Pad tlaka pri filtraciji vode iz podzemnih horizonata nastaje protokom suspenzije kroz nasuti sloj granuliranog (zrnat)

materijala. Pri tome se čestice nakupljaju u porama materijala i pad tlaka raste pri zadanom protoku. Za nepokretni sloj jednolikih čestica početni gubitak tlaka u čistom filtru dan je Kozeny-evom jednadžbom:

Kako se provodi regeneracija filtarske mase pri pripravi vode za piće i tehnološke vode. Svrha filtracije je uklanjanje tragova organskih tvari na aktivnom ugljiku koje utječu na okus i miris vode, te uklanjanje

oksida željeza i mangana na kvarcnom pijesku nakon deferizacije vode. Nakon određenog vremena dolazi do zasićenja filtarske mase pa je potrebno provesti regeneraciju. Zbog akumulacije

čvrstih čestica raste tlak u filtarskoj masi. Kada dođe do proboja onečišćujućih tvari (ioni Fe) na izlazu iz filtra odnosno zasićenja mase, filtarska masa se regenerira.

Provedba regeneracije filtarske mase ovisi o vrsti vode koja se propuštala kroz filtarsku masu. Kod voda za piće i procesnih voda pri regeneraciji adsorbensa, filtarska masa se prethodno rahli upuhavanjem zraka, a zatim protustrujnim tokom voda uklanja prethodno istaložene čestice. Po potrebi, nakon pranja provodi se sterilizacija mase aktivnog ugljika vodenom parom.

Kako se provodi regeneracija filtarske mase pri obradi otpadne vode. Regeneracija filtarske mase pri obradi otpadne vode. Kolone s punilom (granulirani aktivni ugljik - GAC) osiguravaju

filtraciju i adsorpciju. Protok otpadne vode može biti silazni ili uzlazni. U nestacionarnom radu kolone, pri pojavi proboja onečišćujuće tvari u izlaznom toku kolona se protustrujno ispire, a kada je GAC zasićen onda se regenerira. Regeneracija mase aktivnog ugljika može se provesti ispiranjem otapalom, ispiranjem kiselinama ili lužinama, vodenom parom ili termičkom obradom (1000 °C) pri čemu se gubi 10% mase.

Što znate o oksidaciji i kako glasi jednadžba kinetike dezinfekcije Oksidacija - postupak oksidacije je kemijski proces u kojem se uklanjaju amonijak i preostale organske tvari, te

smanjuje broj mikroorganizama u vodi. Najčešća oksidacijska sredstva su klor, hipoklorit, ozon i klordioksid. Kinetika dezinfekcije vode ili otpadne vode glasi:

Kod oksidacije je značajan proces difuzije i otpornost mikroorganizama (gram pozitivne bakterije su otpornije u odnosu na gram negativne bakterije) pa je potrebno empirijski ustanoviti odgovarajuću koncentraciju oksidacijskog sredstva i kontaktno vrijeme. Oksidacija plinovitim klorom može se prikazati sljedećom jednadžbom hidrolize Cl2 u vodi: Cl2+H2O → HOCl + H+ +Cl-

Navedite kemijski sastav otpadne vode, svrha obrade otpadnih voda i koje su posljedice ispuštanja neobrađenih otpadnih voda na prijamnike.Kemijski sastav i analiza sirove i obrađene otpadne vode

5ZAŠTITA OKOLIŠA

Otpadne vode mogu biti različite po svom kemijskom sastavu te se shodno tome i različito obrađuju. U otpadnoj vodi mogu biti prisutni brojni anorganski spojevi kao što su lužine, kiseline, soli, metali, pijesak i čestice ruda. Od organskih spojeva su to najčešće otpatci iz domaćinstava, klaonica, šećerana, tvornice papira i brojnih drugih industrija. Oni se najčešće dijele na organske dušične spojeve u koje se ubrajaju urea, proteini, amini i amino kiseline i organske nedušične spojeve a to su ugljikohidrati, masti i sapuni, te drugi specifični organski spojevi različitih industrija.

Svrha klasične obrade otpadne vode je smanjiti vrijednost biokemijske potrošnje kisika (BPK5), ukloniti suspendirane tvari i ukloniti patogene mikroorganizme. Dodatna obrada služi za uklanjanje toksičnih tvari, nerazgradljivih spojeva i otopljenih tvari.

Stvaranje velike količine otpadne vode nametnulo potrebu obrade ili pročišćavanja tih voda prije ispuštanja u prijamnike. Ispuštanjem neobrađenih otpadnih voda dolazi u vodotoku do slijedećih promjena: fizikalna svojstva (boja, miris, bistrina), kemijska svojstva (organske i anorganske tvari), smanjuje se količina otopljenog kisika, mijenja se broj i vrsta mikroorganizama, promjena flore i faune, a i do njihovog nestanka.

Klasificirajte procese obrade otpadne vode Postupci obrade ovise o količini i sastavu otpadne vode, mogućnosti povratne uporabe tako obrađene vode ili ispuštanje

u vodotok te o ekonomičnosti postupka, a klasifikacija procesa je prikazana u tablici

Opišite kako se provodi analiza otpadne vodeOvisno o zahtjevima i zakonskim propisima pri analizi otpadnih voda određuju se fizikalna, kemijska i biološka svojstva otpadnih voda. Pri fizikalnoj analizi najčešće se određuju sadržaj čvrstih tvari, pH- vrijednost, otopljeni plinovi i temepratura u

otpadnoj vodi. Ukupna čvrsta tvar u uzorku vode je ostatak nakon isparavanja i sušenja uzorka pri 105 °C. Čvrste tvari veličine iznad 10 μm se sedimentacijom i filtracijom, dok se one ispod μm uklanjaju osjetljivijim procesima separacije. Zato se pri analizi određuju taložive tvari, suspendirane tvari i otopljene tvari. Također se mjeri temperatura (više temperature smanjuju topljivost O2 u vodi), pH vrijednost otpadne vode i otopljeni kisik.

Prisutnost organskih tvari u uzorku otpadne vode utvrđuje se određivanjem biokemijske potrošnje kisika (BPK) i kemijske potrošnje kisika (KPK) koje se ubrajaju u kemijske analize. Kemijska potrošnja kisika (KPK) i biokemijska potrošnja kisika (BPK) su dva značajna pokazatelja koji ukazuju na ukupno organsko opterećenje ispitivane otpadne vode.

Kod određivanja vrijednosti BPK (mg O2 L-1), prisutni mikroorganizmi ili mikroorganizmi iz okoliša oksidiraju organsku tvar u uzorku otpadne vode koristeći otopljeni molekularni kisik. Ova transformacija se može prikazati sljedećom jednadžbom: organska tvar + O2 → CO2 + produkt + NH3 + nove bakterije + (-ΔH) Biokemijska potrošnja kisika se izražava kao BPK5 (mg O2 L-1) i predstavlja koncentraciju kisika u miligramima koja je potrebna za oksidaciju organske tvari u l L otpadne vode uz prisustvo mikroorganizama pri 20 °C tijekom 5 dana. Ova reakcija je aerobna i odvija se u dvije faze. Prvo se razgrađuju organski spojevi s ugljikom a nakon toga s dušikom.Tijekom 5 dana se razgradi 60 -70 % od ukupnog organskog opterećenja. Dušik iz organske tvari prelazi u NH3. Nakon 12 dana nitrificirajuće bakterije počinju oksidirati amonijak kako slijedi:

6ZAŠTITA OKOLIŠA

U otpadnoj vodi mogu biti prisutne i mnoge organske tvari koje nisu biorazgradljive pa zbog toga nisu uključene u izračunatoj vrijednosti BPK5. Zato se koriste i druge analitičke metode poput određivanja kemijske potrošnje kisika (KPK).

Kod određivanja KPK (mg O2 L-1) analiza se provodi refluksiranjem uzorka otpadne vode uz dodatak K2Cr2O7 i H2SO4 tijekom 2 sata. Reakcija se može prikazati:

Vrijednosti KPK ispitivanih uzoraka otpadnih voda su uobičajeno veće od vrijednosti BPK5, jer se više spojeva može

kemijski oksidirati nego s mikroorganizmima. Shodno tome kada je odnos:

Od bioloških pokazatelja, prati se i prisutnost mikroorganizama odgovornih za uspješnu biološku obradu otpadne vode. U vodi za piće, procesnoj i obrađenoj otpadnoj vodi određuje se mikrobiološkom analizom i prisutnost patogenih mikroorganizama. Ova mjera je potrebna za ocjenu kvalitete vode. tj. u koju svrhu se može upotrijebiti.Kratki opis značajki pojedinih grupa mikroorganizama koje sudjeluju pri obradi ili mogu biti prisutne u otpadnoj vodi:

Bakterije su jednostanični mikroorganizmi, prisutni u vodi, tlu i zraku. Različitog su oblika (štapići, koki, spirale), veličine od 0,5-3,0 μm. Stanice su kemijski vrlo kompleksne i njihova empirijska formula je C5H7O2N. Autotrofne bakterije koriste CO2 kao izvor ugljika, a heterotrofne bakterije organske spojeve. Aerobne bakterije trebaju otopljeni kisik dok anaerobne oksidiraju organsku tvar bez prisustva kisika. Većina ih raste u neutralnom području pH-vrijednosti.

Fungi – gljive (plijesni i kvasci) troše otopljenu organsku tvar, rastu pri nižoj vrijednosti pH (oko 5), za razliku od bakterija. Veličina stanica je 5-10 μm. Plijesni se razmnožavaju stvarajući spore, kvasci najčešće pupanjem, dok bakterije cijepanjem stanice. Ovisno o razvojnoj fazi fungi mogu biti jednostanični ili višestanični. Uglavnom su aerobni mikroorganizmi. Kvasci su jednostanični fungi, veličine 5-8 μm, aerobni, u fakultativno anaerobnim uvjetima proizvode alkohol i ugljikov dioksid.

Alge se razlikuju od prethodnih vrsta, jer provode fotosintezu stvarajući kisik za vrijeme rasta. Klasificiraju se po boji pigmenta koji posjeduju (zelene, žute, zlatno-smeđe, modro- zelene). Autotrofne su, ali porastom koncentracije N i P u vodotocima, dolazi do njihovog bujanja i eutrofikacije vodotoka. Njihovo prisustvo nepoželjno je u vodocrpilištima jer vodi daju neugodan okus i miris.

Protozoe (praživotinje) prisutni su u otpadnoj vodi, u svim vrstama površinskih voda i u tlu. One su jednostanične, različitih veličina i nekoliko stotina puta veće od bakterija. Uobičajena papučica (paramecium) je eliptičnog oblika 40 μm široka i oko 200 μm dugačka. Protozoe probavljaju čvrstu hranu gutanjem ili usisavanjem. Hrane se koloidnim otpadom, bakterijama, jedni drugima i ostalim sitnijim organizmima.

Rotifere su aerobne višestanične životinje, hrane se bakterijama. Pokretne cilije (trepetljike) na glavi omogućavaju im gibanje. Potrebna im je visoka koncentracija otopljenog kisika, pa se nalaze u vodama s niskom koncentracijom organske

Objasnite značenje pokazatelja KPK i BPK otpadne vode. Kemijska potrošnja kisika (KPK) i biokemijska potrošnja kisika (BPK) su dva značajna pokazatelja koji ukazuju na

ukupno organsko opterećenje ispitivane otpadne vode. Nakon provedene analize uzorka otpadne vode ako je KPK/BPK5≤2 , ukazuje da se ovakva vrsta otpadne vode, nakon po potrebi provedenog prethodnog i/ili primarnog stupnja obrade, može podvrći u sekundarnom stupnju biološkom procesu obrade otpadne vode.U drugom slučaju je izračunato da vrijednost KPK/BPK5≥2 To ukazuje da se ovakva vrsta otpadne vode, nakon po potrebi provedenog prethodnog i/ili primarnog stupnja obrade, ne može podvrći u sekundarnom stupnju biološkom procesu obrade nego se mora odabrati neki od fizikalno- kemijskih procesa obrade otpadne vode.

Navedite procese obrade otpadne vodeFIZIKALNI – sedimentacija (taloženje), ugušćivanje, flotacija, filtracija (prethodno objašnjena), centrifugiranjeFIZIKALNO-KEMIJSKI – koagulacija/flokulacija, oksidacija (prethodno objašnjena), neutralizacijaBIOLOŠKI- AEROBNI s aktivnim muljem, biološki filtar, aerirana laguna, konstruirana močvarna staništa- ANAEROBNI

Objasnite proces sedimentacije u idealnim bazenimaSedimentacija je proces uklanjanja čvrstih čestica gravitacijskim taloženjem. Proces se odvija u sedimentacijskim bazenima (taložnik). Pri obradi otpadnih voda sedimentacijom se uklanjaju organske i anorganske čvrste čestice iz sirovog ili obrađenog otpadnog toka.

7ZAŠTITA OKOLIŠA

Za proučavanje sedimentacije (taloženje) u idealnim bazenima odabran je horizontalni protočni pravokutni bazen u kojem se nalaze četiri zone taloženja.

a) ulazni tok suspenzije pravilno je raspoređen po presjeku bazena, b) koncentracija suspendiranih čestica je istih veličina i jednaka je na svim točkama vertikalnog presjeka bazena. c) čvrsta tvar skuplja se u zoni mulja na dnu bazenad) čestice koje dospiju na dno trajno su uklonjene iz suspenzije.

Putanja gibanja čestica je pravocrtna i određena sumom vektora dviju komponenti brzina (slika 2.15.). Horizontalna brzina (u) čestice posljedica je protoka fluida kroz bazen. Čestice s brzinom taloženja (v0) na ulazu u bazen, dospjet će do dna bazena na raskrižju s izlaznom zonom.

Zbog toga sve čestice koje imaju brzinu taloženja jednaku ili veću od (v0) potpuno se uklanjaju iz suspenzije.

One čestice čija je brzina taloženja manja od (v0) samo se djelomično uklanjaju iz suspenzije. Frakcija čestica s brzinom (vs), koja se ukloni u idealnom bazenu je:

Shodno tome na taloženje čestica s manjom brzinom utječe površina taložnika i protok otpadne vode.

Objasnite proces flotacijeUgušćivanja mulja flotacijom - u suspenziju se uvode mjehurići plina za destabilizaciju koloidnih čestica. Mjehurići plina se prilijepe oko čestica te stvarna gustoća čestice postaje manja od vode. Flotacija se primjenjuje u obradi otpadne vode za ugušćivanje aktivnog mulja i ugušćivanje muljeva nastalih nakon koagulacije.Proces flotacije otopljenim zrakom osniva se na

dovodu zraka tlačnom pumpom u retencijski i flotacijski bazen čestice mulja iz suspenzije odlaze k površini gdje se nalazi sloj mulja, koji se uklanja zgrtačem otjecanje izbistrenog toka otpadne vode omogućeno je preko pregradnih kanala i prilagodljivih rešetki

Objasnite proces koagulacijeKoagulacija se ubraja u fizikalno-kemijski proces obrade vode. Ovaj proces je usmjeren k uklanjanju koloidnih čestica (promjera od 1 do 1000 nm) koje stvaraju mutnoću u vodi iz vodocrpilišta ili u otpadnoj vodi. Postupak koagulacije: dodavanje kemijskih spojeva u vodenu otopinu sitne raspršene (dispergirane) čestice prelaze u aglomerate i brže taložeKoagulirane čestice se nakon toga uklanjaju sedimentacijom, flotacijom zrakom ili filtracijom.Stabilnost koloida u suspenziji posljedica je električnog naboja koje posjeduju čestice, pri čemu se one međusobno odbijaju. Destabilizacija koloida u suspenziji kemijskom obradom otpadne vode usmjerena je na neutralizaciju ili redukciju električnog naboja.Negativni naboj posjeduju koloidi organskog podrijetla, anorganskog podrijetla i biokoloidi, negativno nabijeni koloidi privlače oblak pozitivnih iona zbog elektrostatskih sila.Pri tome su pozitivni ioni grupirani u dva sloja, prvi unutarnji sloj gdje su ioni adsorbirani elektrostatskim silama i van der Waalsovim silama drugi vanjski difuzni sloj gdje je distribucija iona zbog električnih sila i gibanja fluida

Objasnite mehanizme destabilizacije koloidaMehanizmi destabilizacije koloida mogu biti: Redukcija površinskog naboja smanjenjem dvostruko nabijenog sloja na primjer s Al2(SO4)3 · 14 H2O ili Ca(OH)2 djeluje na difuzni sloj. Neutralizacija naboja adsorpcijom na suprotno nabijene ione postiže se dodavanjem dodecilamonijevih iona koji djeluje na mono-sloj oko koloida Premošćivanjem dviju čestica s organskim polimerima na aktivnim mjestima polielektrolita dolazi do adsorpcije koloida. Rezultat je uklanjanje uklapanjem koloida u pahuljicu (flokulu) hidratiziranog koagulanta voluminoznog trodimenzionalnog polimera. Najčešći kemijski spojevi za destabilizaciju koloida u suspenziji su anorganske soli: CaO, Ca(OH)2, Mg(OH)2 i Al2(SO4)3

polielektroliti koji su po kemijskom sastavu sintetski polimeri s mnogo funkcionalnih grupa, dijele se na kationske (amini, kvarterna amonijeva grupa), neionske (poliamidi, polialkoholi) i anionske (karboksilna grupa, sulfonska grupa).

Opišite obradu otpadnih voda u sustavu s aktivnim muljem i navedite svojstva i sastav aktivnog muljaBiološki procesi obrade - Dvije su osnovne vrste biološke obrade otpadne vode a to su aerobna i anaerobna. Pri aerobnoj obradi otpadne vode mogu se primijeniti sustavi s aktivnim muljem i biološka filtracija. U sustavu s aktivnim muljem heterotrofni mikroorganizmi u prisutnosti otopljenog kisika razgrađuju organsku tvar u otpadnoj vodi. Svrha aktivnog mulja je oksidirati biorazgradljive organske tvari u aeracijskom bazenu i flokulirati, tj. odvojiti novostvorenu biomasu od obrađenog toka. Aktivni mulj se djelomično vraća u sustav, pa se povećava koncentracija stanica za razgradnju organske tvari u kratkom vremenu.

8ZAŠTITA OKOLIŠA

Postoje dva različita karakteristična vremena zadržavanja u reaktoru (bazenu): hidrauličko vrijeme zadržavanja (H) otpadne vode se može prikazati kao omjer volumena reaktora (V) i protoka otpadne

vode (Q): H = V/Q vrijeme zadržavanja stanica mikoorganizama (c) predstavlja omjer stanica prisutnih u reaktoru i mase ispranih stanica po

danu. Uobičajeno hidrauličko vrijeme zadržavanja otpadne vode (H) je u rasponu od 3 do 6 sati, dok je vrijeme zadržavanja stanica mikroorganizama (c) u rasponu je između 3 i 15 dana.

Sustav s aktivnim muljem je najjednostavniji način obrade otpadnih voda. Organske tvari se razgrađuju s aerobnim mikroorganizmima pri čemu otpadna voda treba imati neutralnu pH- vrijednost, te odnos BPK5: N: P → 100 : 3-5 : 1. Mikroorganizmi se nalaze na ili u pahuljici aktivnog mulja. Aeracijom se osigurava izmjena supstrata i izmjena produkata metabolizma. SVOJSTVA AKTIVNOG MULJA:

aktivni mulj se sastoji se od velikog broja u više slojeva raspoređenih bakterija, neke bakterije izlučuju na površinu svoje stanične stijenke izvanstanični polimerni materijal koji omogućava tvorbu pahuljice aktivnog mulja

neke bakterije izlučuju sluz (sintetiziraju polisaharidni gel) pahuljice aktivnog mulja su negativnog naboja, veličine 50 -1000 μm posjeduju veliku površinu zbog spužvaste strukture te sadrže različite organske i anorganske tvari.

KEMIJSKI SASTAV aktivnog mulja je sljedeći: mineralne tvari (10 - 30%), P i Ca glavni sastojci od organskih tvari (70 - 90%), prevladavaju proteini i ugljikohidrati

Opišite i objasnite specifičnu brzinu rasta i kinetiku rasta biomase pri obradi otpadnih vodaPromjene u otpadnoj vodi (umnožavanje mikroorganizama, trošenje supstrata, nastajanje proizvoda metabolizma) opisuje kinetika procesa. Monod je proučavao kinetiku rasta mikroorganizama i predložio jednadžbu koja prikazuje ovisnost specifične brzine rasta mikroorganizama (k) o koncentraciji supstrata (S) kako slijedi:

Kada je S >> Km reakcija je I reda i ne ovisi o koncentraciji supstrata, kada je S = Km, reakcija je 1/2 maksimalne vrijednosti specifične brzine rasata biomase S << Km reakcija postaje I reda za supstrat i biomasu ili alternativno ukupno II reda.

Biološku sintezu biomase odnosno kinetiku rasta (Monodova kinetika) opisuje sljedeći izraz:

pri čemu se utrošak supstrata vezuje uz nastanak živih stanica izrazom: gdje je: Y= faktor prirasta biomase

Navedite bilancu supstrata i biomase u protočnom reaktoru uz miješanje pri ustaljenom radu bez povratnog tokaU dobro miješanim protočnim reaktorima sastav otpadne vode je jednak u svim dijelovima reaktora. Općenito materijalna bilanca kod protočnih reaktora se može opisati:

Akumulacija u reaktoru = Ulaz - Izlaz + Produkt reakcijePri ustaljenom stanju rada reaktora su konstantni So, Xo i Qo, te pri određenom vremenu zadržavanja koji je definiran s θ=V/Q0, materijalne bilance za supstrat i biomasu glase:

V – volumen reaktora, Q0 – protok otpadne vode X0- koncentracija stanica na ulazu i X na izlazu iz reaktora S0 – koncentracija supstrata na ulazu i S koncentracija supstrata na izlazu

Navedite bilancu supstrata i biomase u protočnom reaktoru s povratnim tokom biomase Mikroorganizmi nastali u biološkom procesu često se vraćaju na ulaz u reaktor. Kod pravilno vođenih procesa, glavni razlog povratnog toka je povećanje koncentracije biomase u reaktoru. Dodatak povratnog toka također razrjeđuje koncentraciju supstrata u ulaznom toku, što skraćuje vrijeme zadržavanja fluida u samom reaktoru. Izlazni tok iz reaktora dospijeva u izbistrivač, pri čemu se nakon taloženja dio koncentrirane biomase vraća u reaktor s brzinom protoka Qr i koncentracijom biomase Xr.Ukoliko je koncentracija supstrata u izbistrivaču zanemariva, povratni tok će sadržavati istu koncentraciju supstrata kao i izlazni tok iz reaktora. Materijalne bilance za ovu vrstu reaktora uključuju izraze za supstrat i biomasu u povratnom toku. Riječima i jednadžbama se može opisati: Akumulacija = Ulaz + Povratni tok - Izlaz + Produkt reakcije

9ZAŠTITA OKOLIŠA

Ukoliko je koncentracija biomase na ulazu zanemariva, materijalna bilanca za biomasu je:

Opišite biološku filtraciju i navedite što utječe na uspješnost ovog procesaBiološka filtracija se također primjenjuje pri obradi biološkoj otpadne vode. Pri tome aerobni mikroorganizmi nisu suspendirani u otpadnoj vodi kao u sustavu s aktivnim muljem nego su imobilizirani na površini inertnog materijala koji se nalazi u biološkom filtru. Proces pročišćavanja sličan kao kod aktivnog mulja ali ovdje mikroorganizmi rastu na površini punila tvoreći opnu (1-3 mm).Prethodnici ovih filtara su bili kontaktni filtri. To su bile posude punjene izlomljenim kamenjem u koje se diskontinuirano uvodila otpadna voda. Ovi uređaji su bili slabog učinka. U novije vrijeme uvode se biološki filtri s plastičnim punjenjem pa se povećao interes za njihovu primjenu. Na biofiltraciju utječu: temperatura, pH-vrijednost, kisik, filtracijski materijal i hidrauličko opterećenje.

Objasnite tijek anaerobne razgradnje i navedite što utječe na uspješnost metanskog vrenjaPri anaerobnoj razgradnji otpadne vode, proces se odvija bez prisutnosti kisika uz pomoć anaerobnih mikroorganizama i teče u tri koraka (stupnja).

1) HIDROLIZA polimernih organskih spojeva (proteini, masti, ugljikohidrati) do dugolančanih masnih kiselina. U ovom koraku aerobne i fakultativno anaerobne bakterije sintetiziraju izvanstanične (ekstracelularne) enzime poput proteolitičkih, lipolitičkih i drugih hidrolitičkih enzima, a pH-vrijednost otpadne vode iznosi oko 7,0.

2) KISELINSKI - dolazi do razgradnje dugolančanih masnih kiselina do kratkolančanih masnih i hlapljivih kiselina. U ovim reakcijama učestvuju fakultativno anaerobni heterotrofi čije je optimalno pH područje djelovanja od pH 4.0 do 6.5. Glavni produkti su octena, propionska i maslačna kiselina.

3) METANOGENEZA - odvija se anaerobna oksidacija organskih molekula nastalih u prethodnom stupnju, iz prethodno sintetizirane octene kiseline, CO2 i H2 uz prisustvo anaerobnih mikroorganizama nastaje plin metan (CH4). Ove bakterije su striktni anaerobi i optimalna pH-vrijednost metanogeneze je između 7.0 i 7.8.

Za uspješnu metanogenezu potrebno je osigurati: • bogati izvor biorazgradljive organske tvari • pogodan odnos između različitih hranjivih sastojaka tj. C:N:P • niski oksidacijsko-redukcijski potencijal • pH između 6,8 - 8,0 • temperaturu između 30 °C i 60 °C • visoki sadržaj vode (preko 75%) • odsutnost toksičnih spojeva

Objasnite biokemijske putove pretvorbe organskih spojeva u metan i jednadžbu za izračunavanje stvarnog volumena metanaRazličite grupe mikroorganizama, koje provode razgradnju organskog materijala do CH4, su u simbiotskim odnosima. To je naročito izraženo između bakterija octenog vrenja i mikroorganizama koji sudjeluju u metanogenezi. Proces anaerobne razgradnje je endoterman, pa je potrebno dovoditi toplinu za uspješnu fermentaciju, odnosno proces provoditi u strogo definiranom temperaturnom području na primjer pri 28°C, 35°C, 40°C ili 55°C uz malo odstupanje od navedenih temperatura i to do ±1,0 °C. Kada se proces anaerobne razgradnje promatra pojednostavljeno onda se on sastoji od dvije uzastopne faze tj. faze kiselinskog vrenja i metanogeneze:

Plinoviti proizvodi metanskog vrenja mogu se izračunati na osnovi stehiometrijskog odnosa:

Ako se primjeni na octenu kiselinu kao središnji međuproizvod fermentacije, tada iz jednog mola kiseline nastaje po jedan mol metana i ugljikovog dioksida:

Znači da iz 1,0 g octene kiseline nastaje 0,267 g metana. Kako najčešće nije poznat točan kemijski sastav otpadnih organskh spojeva podvrgnuti anaerobnoj razgradnji, plinoviti produkti fermentacije indirektno se izračunavaju određivanjem vrijednosti KPK supstrata koji se podvrgava anaerobnoj razgradnji. Iz jednadžbe potpune oksidacije octene kiseline:

slijedi da je za l,0 g octene kiseline potrebno 1,067 g kisika ili da se po svakom gramu vrijednosti KPK supstrata može dobiti:

Metcalf i Eddy su 1972. godine predložili jednadžbu za izračunavanje stvarnog volumena metana koja glasi:

10ZAŠTITA OKOLIŠA

gdje je: e – koeficijent učinkovitosti korištenja supstrata (0,80- 0,95) S – količina utrošenog supstrata izražena kao vrijednost KPK (KPK/dan) Bm – količina proizvedene biomase

Opišite pojedine stupnjeve obrade otpadne vodePrethodni stupanj - uklanjanje suspendiranih tvari, uklanjanje krupnih čestica, uklanjanje pijeska i mastiPrvi (primarni) stupanj – uklanjanje suspendiranih i koloidnih tvari sedimentacija (taloženje)Drugi (sekundarni) stupanj – uklanjanje otopljenih organskih tvari i odvajanje aktivnog muljaAerobna biološka obrada - aktivni mulj, prokapni filtar ( jedan oblik – biodisk ili biorotor), lagune, konstruirano močvarno stanište, Anaerobna biološka obrada, Zgušćivanje aktivnog muljaTreći (tercijarni) stupanj - dezinfekcija i obogaćivanje kisikom kloriranje, aeriranje

Navedite koji uređaji se odabiru u pojedinom stupnju obrade otpadnih vodaPRETHODNIRešetke - služi za zaštitu postrojenja od oštećenja ili začepljenja Pjeskolovi - uklanjaju se čestice pijeska, šljunak i fine čestice minerala Mastolovi - svrha ove operacije je ukloniti masti i ulja iz otpadne vode prije daljnje obrade PRIMARNITaložnici - za sedimentaciju čvrstih čestica Centrifuge - primjenjuju se za ugušćivanje muljeva

DRUGI Pravokutni bazen - uređaj za biološku obradu u drugom stupnju obrade otpadne vode s aktivnim muljem i najčešće s mehaničkom aeracijom Oksidacijski bazeni - obrada otpadnih voda s aktivnim muljem Aerirane lagune - mala umjetna jezera ili bazeni, postiže se taloženje suspendiranih tvari iz otpadnih voda, a u toplijim krajevima dolazi i do njihove djelomične biološke obradeBIO-DISK i BIOROLL - rotirajući biološki uređaji, pogodni su za obradu kućanskih otpadnih voda manjih naselja ili otpadnih voda iz industrijskih pogona ukoliko ne postoji kanalizacijski sustav za odvodnju u zajednički kolektorDenitrifikacijski bazen bez kisika, Biološki filtar - ostali uređaji za sekundarnu obradu Konstruirana močvarna staništa - u novije vrijeme primjenjuju za aerobnu biološku obradu sanitarne otpadne vode (gospodarstva, naselja, kampovi) u povoljnim klimatskim uvjetima

Objasnite profil tlaO – horizont je gornji sloj gdje prevladava organski materijal, površina nije zasićena vodom,sadrži 35 % organske tvari.A – horizont bogat organskom tvari koja je pomiješana s frakcijama minerala i mnoštvom živih bića uz glavninu korijenskog sustava, mineralni sloj blizu površine, akumulacija humificirane tvari uz čestice minerala, tamne boje zbog prisutnog humusaE – horizontu, nema gline i organskih tvari, prisutni Fe ili Al, a prisutan je pijesak, mulj i čestice otpornih minerala B – horizontu, odsutan roditeljski materijal, prevladava glina, karbonati, željezo i aluminij, mineralni sloj C – horizontu su je prisutan materijal koji je vrlo sličan izvornom roditeljskom materijalu, vrlo je malo organske tvari i nema života R – horizont tvrdo ležište stijene ispod tla

Opišite čimbenike koji utječu na formiranje tlaNastajanje tla Dokučaev, poznati ruski pedolog, dokazao je da tla ne nastaju slučajno, te da je za njihov nastanak značajna interakcija (međuodnos) između sljedećih čimbenika: roditeljski materijal (izvorni), klima, organizmi, topografija (reljef) i vrijeme

Roditeljski materijali potječu od minerala i/ili organskih tvari. Minerali potječu od vulkanskih, taložnih ili preobraženih stijena. Po kemijskom sastavu minerali se mogu podijeliti u silikate i nesilikate. Silikatni minerali posjeduju vrlo kompleksnu strukturu u kojoj osnovnu jedinicu predstavlja silicij oksid tetrahedron. U nesilikatne minerale ubrajaju se oksidi, sulfati, kloridi, karbonati i fosfati. Osim od minerala, tlo se može formirati i od taloga nastalih gibanjem ledenjaka, vulkana, vode, vjetra ili materijala koji se gibaju niz padine, te od organskih materijala i stare površine tla.

Klima utječe izravno putem temperature i padalina, te neizravno vrstom i gustoćom biljnog pokrova. U izravne učinke se ubrajaju velika količina oborina. U neizravne učinke na tlo se ubrajaju klima koja utječe na vegetaciju.Temperatura, značajan pokazatelj dospijeća sunčeve energije na površinu Zemlje. Pri tome se jedan dio energije adsorbira i pretvara u toplinu dok se drugi dio reflektira natrag u atmosferu. Količina adsorbirane energije ovisi o boji tla, utječe i biljni pokrov. Vlaga i gibanje vlage je proces od najvećeg značenja. Vlaga u tlu potječe od padalina i sadrži znatnu količinu CO2. Ovisno o vrsti tla oborine se zadržavaju pri površini, prodiru u dublje slojeve.

11ZAŠTITA OKOLIŠA

Organizmi, na razvoj tala utječu vegetacija, kralježnjaci, mikroorganizmi i mezofauna.Više biljke pružaju svoje korijenje u tlu, služe kao vezivo i tako sprječavaju eroziju. Nakon odumiranja biljke i raspadom korijenja, nastaje mreža kanala kroz koju voda i zrak mogu slobodno prolaziti. Jedan od najvećih doprinosa viših biljaka nakon odumiranja, jest obogaćivanje površine tla organskom tvari. Neki sisavci kao što su zečevi, krtice i prerijski psi, ukopavaju se duboko u tlo, što dovodi do miješanja tla. Donji slojevi dospijevaju na površinu. Međutim, nekontroliranom ispašom koza potpuno se uništava vegetacija i takva površina tla izložena je eroziji. Od mikroorganizama u tlu prevladavaju bakterije, aktinobakterije, plijesni, alge i virusi. Najraširenije su bakterije, može ih biti i nekoliko milijuna u 1 g tla. Aktinobakterije su vrlo značajne jer razgrađuju organske tvari i to poglavito polisaharide i hitin. Alge uobičajeno prve naseljavaju novostvoreni materijal u vlažnim uvjetima, stvaraju tanku koricu na površini tla sprječavajući eroziju. Virusi. U mezofaunu se ubrajaju crvi, nematode, kukci, brojni insekti, mravi kao i termiti. Oni gutaju hranu i na taj način razgrađuju organsku tvar. Mnoge gliste probavljaju i mineralne i organske tvari. Također transportiraju (prenose) materijal s jednog mjesta na drugi i stvaraju prolaze koji omogućavaju bolje vlaženje i prozračivanje tla.

Topografija, zbog klimatskih uvjeta i erozije cijela površina zemljišta stalno se mijenja. Debljina tla određuje se prema porijeklu izvornog materijala. Tako u ravnicama ili na blagim padinama, gdje materijal ostaje na mjestu nastaje deblji sloj tla, a na većim nagibima prijeti erozija, jer se stvara tanji sloj tla s puno stijena. Topografija utječe na procjeđivanje i vlagu u tlu. Tri glavna procesa utječu na topografski oblik: tektonski proces, erozija i taloženje.

Vrijeme nastajanja tla je vrlo dugi i spori proces koji zahtijeva tisuće pa čak i milijune godina. Nisu se sve vrste tla razvile u istom vremenskom razdoblju, ali većina ih se počela formirati (stvarati) tijekom zadnjih 100 milijuna godina.

Navedite koji se procesi odvijaju u tluTla su kompleksni sustav gdje se odvija bezbroj procesa. Ovi procesi se mogu razvrstati kao fizikalni, kemijski i biološki.

Opišite koje su posljedice nepravilne uporabe tla1. Eroziju tla zbog sječe šuma, slabo kultiviranje ili uništenje vegetacije zbog dimnih plinova iz tvornica 2. Razvoj bolesti zbog uzgoja monokulture (krumpirova zlatica) 3. Onečišćenja zbog dodavanja prevelikih količina pesticida i herbicida, zbog nepravilne konstrukcije septičkih jama ili zbog prelijevanja, odlaganje industrijskog otpada stvarajući ogromna brda.4. Osiromašenje tla - loše kultiviranje, intenzivno i nepravilno navodnjavanje

Navedite koji su elementi uključeni u obavezne ekološke studije tijekom razvoja određenog područjaDanas se pri planiranju razvoja i napretka određenog područja provode ekološke studije koje uključuju: 1. Kontrolu erozije tla 2. Održavanje plodnosti tla (gnojenje, melioracija, neutralizacija kiselih tala) 3. Upravljanje šumama i sječa samo po potrebi 4. Zaštitu divljači 5. Uklanjanje onečišćenja iz atmosfere i prirodnih voda

Opišite kemizam pesticidaPesticidi je opći pojam za kemijska sredstva kojima se uništavaju štetočine ili se inhibira njihov razvoj.Podjela: herbicidi, fungicidi, insekticidi, baktericidi, akaricidi (sredstva protiv grinja), nematocidi (sredstva protiv crva), rodenticidi Pesticidi se razlikuju po sastavu, kemijskim i fizikalnim svojstvima. Kompleksne su strukture (supstituirani alifati, alicikli i aromati na kojima se nalaze radikali halogena, amino ili karboksilne skupine). Prema kemizmu dijele se u tri grupe: anorganski spojevi poput As, Cu, Pb, Hg, Zn organski spojevi koji sadrže metalni ion (metalo-organski spojevi) npr. klorfenoli s Hg i Sn organski spojevi (vodotopivi i vodonetopivi).

Opišite razgradnju pesticida u okolišuPesticidi koji su nakon primjene dospjeli u okoliš mogu se razgraditi fotokemijski, katalitički i mikrobiološki. Većina pesticida koja apsorbira vidljivu ili UV-svjetlost podliježe fotokemijskoj razgradnji kada se izlaže svjetlosti. Do te pojave dolazi samo do kuda svjetlost prodire pa se u tlu odvija samo pri površini. Ipak, teško je razlučiti fotokemijski učinak od ostalih faktora koji utječu na razgradnju pesticida.

12ZAŠTITA OKOLIŠA

Pri katalitičkoj razgradnji dolazi do redukcije, oksidacije, hidrolize i izomerizacije pesticida uz organske i anorganske komponente u tlu. Tako na primjer ioni Mn i Co mogu katalizirati oksidacijske i redukcijske reakcije, a ioni Cu kataliziraju hidrolizu nekih organofosfornih estera. Neki mikroorganizmi prisutni u okolišu mogu razgrađivati pesticide ali je taj proces najčešće vrlo spor. Putovi razgradnje - reduktivna deklorinacija (anaerobno) i dehidrokloriranje (aerobno), hidroliza alkilnih i arilnih veza, reduktivna ransformacija,reduktivno demetiliranje.

Opišite postupke remedijacije okoliša onečišćenog pesticidima.NISKOTEMPERATURNA TOPLINSKA DESORPCIJA - provodi se ex-situ → najčešće za uklanjanje pesticida, medij se zagrijava pri 150-540°C → isparavaju organske komponente, obrada kroz komoru dogorijevanja → hvatanje na ugljenim filtrima

SPALJIVANJE – dokazano da je učinkovito i često korišteno, uklanjanje pesticida iz sedimenta1. Spaljivanje pri 540-990° (nastaju hlapive organske komponente)2. Spaljivanje pri 870-1200°C (potpuno razaranje organske komponente)3. Odlaganje nastalog pepela (ako zadovoljava sigurnosna pravila)PREDNOSTI: potpuno uklanjanje onečišćujućih tvari, NEDOSTATCI: skup zbog transporta medija do spalionice, povećava rizikod onečišćenja

BIOREMEDIJACIJA - 11% svih projekata remedijacije - prirodni proces mikrobiološke razgradnje onečišćujućih tvari (interakcija mikroorganizama i hranjivih tvari iz otpada)Tijek bioremedijacije: 1. OKSIDACIJA: COHNS(organska tvar)+O2+ bakterije→CO2 + NH3 + ostali produkti + energija2. BIOSINTEZA: COHNS(organska tvar) + O2+ bakterije→C2H7NO2 ( nove stanice)3. AUTOOKSIDACIJA: C2H7NO2(nove stanice + 5O2→5CO2 + NH3 + 2H2O + energijaEX SITU: bioreaktori, biofiltri, kompostiranje, IN SITU: bioventiliranje, bioprskanje, biostimulacija

FITOREMEDIJACIJA – okolišno prihvatljiva tehnologija (zelena tehnologija) a rabe se biljke za: razgradnju, asimilaciju, metabolizam ili detoksikaciju, onečišćivača u okolišuMogućnosti fitoremedijacije: 1. RIZOFILTRACIJA: korijen biljke adsorbira ili samo uzima štetne tvari iz vode, sedimenta ilikanalizacije 2. FITORAZGRADNJA: biljke ili pridruženi mikroorganizmi razgrađuje štetne tvari 3. FITOSTABILIZACIJA: vezanje štetnih tvari u komplekse koje biljka sintetizira čime

Opišite podjelu čvrstih otpadnih tvari i prema mjestu nastanku.PODJELA ČVRSTIH OTPADNIH TVARI PREMA MJESTU NASTANKA1. OTPAD IZ NASELJA - iz domaćinstava (komunalni), iz restorana, građevinske djelatnosti2. PROIZVODNI OTPAD - otpadne tvari specifične za svaku industriju i ovise proizvodu, različite su po kemijskom sastavu i fizikalnim odlikama3. POSEBNI OTPAD - sve tvari opasne za okoliš, koje s obzirom na količinu, oblik, svojstva i izvor nastajanja moguća su opasnost za ljude, floru i faunu, zahtijevaju društvenu brigu

Čvrste se otpadne tvari klasificiraju kako slijedi: Inertni otpad - ne podliježe značajnim fizičkim, kemijskim ili biološkim promjenama nije topljiv, nije zapaljiv, na bilo koje druge načine fizikalno ili kemijski ne reagira niti je biorazgradiv. Neopasni otpad - najčešće otpad iz kućanstava ili iz drugih djelatnosti a čiji je sastav isti onom iz kućanstva. Opasni otpad - određen kategorijama (generičkim tipovima) i sastavinama, a obvezno sadrži jedno ili više od svojstava, utvrđenih Listom opasnog otpada.

Navedite što su posebne otpadne tvari kako se razvrstavaju.I Radioaktivne otpadne tvari - materijali kontaminirani radionuklidima (rudnici urana, nuklearne elektrane, radioizotopi)II Neradioaktivne otpadne tvari anorganske toksične tvari - metali (Al, Hg), soli, kiseline ili lužine sintetski organski spojevi - halogeni ugljikovodici, pesticidi, poliklorirani bifenili (PCB) i fenoli zapaljive otpadne tvari - onečišćena organska otapala, plastifikatori, brojne nespecifične kemikalije eksplozivi

Navedite ciljeve integralnog zbrinjavanja čvrstog otpada.Ciljevi integralnog zbrinjavanja otpada su sljedeći: 1. Spriječiti nastanak otpada (smanjiti ambalažu, uporaba povratne ambalaže i u kupovinu odlaziti s višekratno uporabljivom košarom. 2. Materiju (otpad) što manje onečistiti (učiniti opasnim). 3. Materiju (otpad) reciklirati (odnosno ponovo iskoristiti (papir i karton, staklo, metal, plastika, biljni i organski otpad kompostirati). 4. Termički preraditi otpad nastajanje kojeg se ne može spriječiti i koji se na drugi način ne može obraditi, a dimne plinove pročistiti. Termičkom preradom uz iskorištenje nastale šljake povećava se iskoristivost otpada i to je samo jedna od mogućnosti u višestupanjskom sustavu rješavanja problema otpada.

13ZAŠTITA OKOLIŠA

5. Odlagati u odlagališta što je moguće manje. Sanitarno odlagalište je posljednji i nezaobilazni stupanj u integralnom konceptu rješavanja otpada. Neuporabljivi otpad odlaže na odlagalište koje je dobro zabrtvljeno, ne stvara neugodne mirise i nije opasno za podzemne vode, čovjeka i okoliš.

Kada su izgrađene prve spalionice.Prve spalionice: 1876. u Engleskoj i 1893. u Hamburgu u Njemačkoj nakon epidemije kolere.

Proces rada spalionice čvrstog otpada.Otpad u peći nakon početnog paljenja: samostalno gori pri 800-1200 oC, uz dovođenje zraka, organska tvar potpuno izgori tijekom 1 sata.Nepotrebna - dodatna energija osim pri uhodavanju peći ili nakon inspekcije postrojenja. Za neke spalionice - provedeno optimiranje za promjenjivu količinu otpada od 8-40 t/h.

Opišite nastanak dioksina i furana i njihovu razgradnju u okolišu.Dioksini i furani su policiklički klorirani organski spojevi koji nastaju spaljivanjem mješovitog čvrstog otpada (otpaci koji sadrže spojeve klora i različite aromatske spojeve). Tijekom hlađenja dimnih plinova pri 400°C, u prisutnosti iona bakra koji služe kao katalizatori, nastaju poliklorirani dibenzodioksini (PCDD) i poliklorirani dibenzofurani PCDF). Dioksini i furani mogu dospjeti u zrak i u tlo i iz različitih drugih procesa kao što su metalurški, proizvodnja papira te pri procesima izgaranja poput goriva u automobilskim motorima, kućnih ložišta, dim cigareta, papirnatih vrećica od usisivača ili roštilja. Ovi se spojevi razgrađuju u atmosferi fotokemijski, oksidativno ili fotolitički, djelovanjem UV-zraka, pri čemu se klor raspada a vrijeme poluraspada je između 3 i 4 dana. Razgradnja u tlu je spora i vrijeme poluraspada iznosi 9-10 godina.

Opišite zbrinjavanje šljake i dimnih plinova nakon spaljivanja otpada.Šljaka iz ložišta: odvodi se u vodene kupelji i dalje obrađujeDimni plinovi se : hlade, uklanja prašina, kondenziraju teški metali, soli,anorganski spojevi, hlađenjem plinova nastaju dioksiniPostupci pročišćavanja plinovaSuhi postupak - upuhavanje vapna, uklanjanje u tkaninskim filtrimaPolusuhi postupak - uvođenje vodene suspenzije Ca(OH)2 u dimne plinove, prašina se odstranjuje u elektrostatskim filtrimaMokri postupak - prethodno otprašeni dimni plinovi uvode se u vodenu otopinu NaOHOPREMA: Skruberi — raspršuje se alkalna otopina za neutralizaciju kiselih plinova, Filtri — uklanjaju sitne čestice pepela

Odlaganje dimne prašine - dimna prašina sadrži veliku koncentraciju štetnih tvari. Odlaže se u posebno izvedena odlagališta posebnog otpada kao:1. Mono-odlagališta (saće od ilovače unutar posebno osiguranog odlagališta)2. Miješanjem s cementom u cementne blokove3. Napuštene rudnike4. Novija istraživanja - miješanje sa silikatima i ostakljivanje

Opišite sanitarno odlagalište (odabir mjesta, izvedba, zatvaranje i monitoring.Sanitarna odlagališta, otpad se odlaže u udubinu, zatim se komprimira u male sekcije i svakodnevno prekriva tankim slojem tla. Prethodno su dna modernih sanitarnih odlagališta izvedena od dvostrukog sloja (plastična folija, glina, plastična folija, glina) materijala, razvijenog drenažnog sustava za skupljanje procjednih voda i odvodnih cijevi za plinove nastalih biološkom razgradnjom otpada.Ovakav način odlaganja čvrstog otpada: smanjuje broj glodavaca i insekata smanjuje mogućnost nastanka požara smanjuje se količina neugodnih mirisa u okolnom zraku

Odabir mjesta za sanitarno odlagalište ovisi o nekoliko čimbenika: geološki sastav lokacije i blizina vodonosnika treba biti dovoljno udaljeno od gusto naseljenog područja, ali ipak dovoljno blizu kako ne bi bili veliki transportni troškovi. Popunjeno odlagalište odnosno zatvaranje odlagališta se izvodi na isti način kako je izvedeno dno, to jest prekriva se istim slojevima kao što je i dno pripremljeno, te se na vrhu prekriva još slojem humusa. Na ovakvim prostorima nije dozvoljeno graditi kuće ili zgrade, već se samo prekriva niskim raslinjem. Nakon zatvaranja popunjenog odlagališta, iz sigurnosnih razloga potrebno je još 30 godina kontinuirano motriti odlagalište.

Opišite tijek procesa kompostiranje čvrstog otpada.Tijek procesa• Razvrstavanje: uklanjanje stakla, metala, keramike, plastike i tekstila• Prosijavanje i homogeniziranje otpada: veličina čestica 4 - 7 cm, sadržaj vlage oko 50 %, omjer ugljika i dušika 30/1• Biorazgradnja otpada: - uz smjenu mezofilnih i termofilnih mikroorganizama razgrađuje se organska frakcija u otpadu i nastaje sirovi kompost• Provodi se u: otvorenom sustavu, zatvorenom sustavu (reaktori)• Zrenje i sušenje komposta: u stogu od nekoliko tjedna do nekoliko mjeseci u tankom sloju, kod reaktorske sustava nekoliko tjedana ili uopće ne• Prigotovljavanje komposta: prosijavanje, konfekcioniranje

14ZAŠTITA OKOLIŠA

Objasnite razliku između otvorenog i zatvorenog sustava za kompostiranje.Provedba kompostiranja1. Otvoreni sustav - u stogu: vrh stoga u obliku piramide (3 m visine i baza oko 9 m), povremeno preokretanje lopatama ili mehanizacijom, stabilizacija nakon četiri do šest tjedana, ovisno o supstratuNedostatci: promjena klimatskih prilika utječe na proces, nastajanje neugodnih mirisa teško je kontrolirati, stanovništvo protestira u blizini kompostane, ova metoda zahtijeva veliku površinu zemljišta2. Zatvoreni (reaktorski) sustav: uključeno mehaničko miješanje kompostne mase, prozračivanje unutar zatvorenog sustava, kontrola temperature, kontrola izlaznih plinova, stabilizacija organske tvari u kraćem vremenskom razdoblju nego u stogu, inicijalni troškovi ulaganja u procesnu opremu veći, prihvatljivo za lokalno stanovništvo i okoliš

Navedite primjenu zrelog komposta.Primjena komposta:1. Poboljšavanje kakvoće tla (glineno ili pjeskovito)2. Ispuna različitih udubina3. Uređenje igrališta i parkova4. Za hortikulturu ovisno o kakvoći komposta5. Dnevno prekrivanje otpada na sanitarnim odlagalištima (kompost loše kakvoće- sadrži teške metale, pesticide)