KOAGULACIJA I FLOKULACIJA

S A D R Ž A J

Uvod .................................................................................................. 3

1 Koloidno-disperzni sistemi .........................................................

4

1.1 Podjela disperznih sistema .............................................................

5

2 Koagulacija i flokulacija ............................................................. 5

2.1 Stabilnost koloida .......................................................................... 62.2 Privlačni i odbojni potencijali ......................................................... 62.3 Destabilizacija koloida pri obradi voda i otpadnih

voda .................. 9

2.3.1 Destabilizacija s Al(III) i Fe(III) solima ..........................................

9

2.4 Flokulacija ................................................................................... 10

3 Faktori koji utiču na proces koagulacije i flokulacije ........... 10

4 Određivanje potrebne količine koagulanta i flokulanta ........

12

5 Uređaji za koagulaciju i flokulaciju .......................................... 135.1 Mjesto, način i uslovi doziranja koagulanta ....................................

13

5.2 Uređaji za doziranje sredstva za koagulaciju i flokulaciju ...............

15

6 Taloženje ....................................................................................... 176.1 Akcelatori ...................................................................................... 17

Zaključak .......................................................................................... 19

Literatura ......................................................................................... 20

Uvod

Fizičko-hemijskim metodama i procesima se iz otpadne vode uklanjaju polutanti koji se ne mogu ukloniti samo fizičkim niti biološkim procesima kao što su fine suspendovane materije, teško razgradljivi i toksični organski spojevi, nutrijenti (nitrogen i fosfor), teški metali i neorganske soli. Uklanjanje ovih polutanata spada i u tzv. napredne ili dodatne procese prečišćavanja otpadnih voda a često se koriste kao zasebni procesi prečišćavanja za specifične industrijske otpadne vode.

Razlike u veličini nečistoća u prisutnih u vodi znaju biti vrlo velike, do 6 redova veličine, praktično od nekoliko Ǻ (topive materije) do nekoliko stotina mikrona (suspendovane materije). Uklanjanje velikog dijela ovih nečistoća pri obradi voda rješava se sedimentacijom, međutim kako su mnoge nečistoće premalene da bi se same mogle uspješno ukloniti gravitacionim taloženjem, povezivanje takvih čestica u veće nakupine (agregate) važno je za uspješnu sedimentaciju i naposljetku uklanjanje iz vode. Taj se proces zove koagulacija.Pri uklanjanju iz voda npr. organskih nečistoća (topivih, koloidnih ili suspendovanih) biološkim postupkom, mikroorganizmi, koji reaguju s tim nečistoćama, moraju se međusobno povezati (proces aktivnog mulja), a zatim ukloniti sedimentacijom.Pod određenim uslovima, aktivni mulj može čak flokulisati ili biosorbisati koloidne organske materije u otpadnim vodama vremenski znatno kraće nego uz biološki posrednu oksidaciju.Koncentracije ukupnog organskog ugljika (TOC) u efluentima iz uređaja za biološku obradu mogu varirati od 10 do 100 ppm (mg/l) (pa i više) od čega prosječno 50 % otpada na koloidne materije. Zbog povećane potrebe za kiseonikom, ove koloidne materije mogu znatno smanjiti efikasnost jonske izmjene, procese adsorpcije ili membranskog procesa koji se koriste za uklanjanje topivih materija.

Osnovne primjene koagulacije i flokulacije u obradi prirodnih i otpadnih voda su:

bistrenje mutnih i obojenih površinskih voda, kondicioniranje otpadnih bioloških muljeva radi lakšeg i efikasnijeg

obezvodnjavanja, uklanjanje algi iz efluenta oksidacionih laguna, biološka obrada otpadnih voda (flokulacija mikroorganizama), obrada otpadnih voda sa visokim sadržajem koloidno dispergovanih

zagađivača, tercijarna obrada otpadnih voda.

Dakle, uspješnost drugih procesa obrade otpadnih voda često ovisi o uspješnosti procesa koagulacije i flokulacije. Stoga se puno radi na razvijanju novih koagulanata i flokulanata, posebno na sintetskim organskim polimerima velike molekulske mase.

1 Koloidno-disperzni sistemi

Koloidne materije čine čestice prečnika od 10-4 do 10-6 cm koje se ne mogu vidjeti običnim mikroskopom, jer su im dimenzije manje od talasne dužine svjetlosti (350-700 nm). Koloidne čestice se mogu vidjeti posredno pomoću Tyndal-ova efekta i optičkog mikroskopa. U prirodnim vodama mogu postojati hidrofilne i hidrofobne čestice, ali uglavnom susrećemo hidrofobne koloidne čestice. Koloidne materije su električki nabijene čestice čiji je električni potencijal u granicama od 5-80 mV. Većina prirodnih sirovih voda imaju hidrofobne koloidne čestice koje posjeduju negativne naboje. Potrebno je naglasiti da koloidne čestice imaju velik stepen disperzije (usitnjenja), a time i ogromnu kontaktnu površinu (računa se po jedinici težine ili jedinici zapremine). Brzina taloženja koloidnih čestica je vrlo mala, a računa se prema Stokes-ovom zakonu koji glasi: d2 . (ρt – ρH2O)

. g v = (cm/s) 0,18 . ηgdje je:

d - promjer čestice u m, ρt - gustoća koloidne čestice, kg/m3, ρH20 - gustoća vode, kg/m3, g - gravitaciona konstanta, m/s2, η - dinamički viskozitet, Pa

Primjer: Koloidna čestica kvarca ima promjer 10-5 cm, temperaturu 293 K. Za takvu česticu brzina taloženja iznosi približno 10-6 cm/s. To znači da čestica može proći put taloženja od 1 cm za 11,6 dana. Za put taloženja od 100 cm vrijeme taloženja iznosi oko 1160 dana što približno iznosi 3,2 godine. Koloidne čestice mogu se praktično odstraniti iz vode jedino povećanjem veličine čestice, odnosno povećanjem brzine taloženja na oko 2 do 4 m/h. U svrhu povećanja veličine koloidnih čestica neophodno je izbijanje naboja do 5 mV, jer se u ovom području električki nabijene čestice mogu približiti do 10 Ǻ (10-7 cm), kada započinje djelovanje Van der Waals-ove adsorpcione sile.

Slika 1.1 Sile koje utiču na proces koagulacije

Izbijanje naboja koloidnih čestica zove se koagulacija, a rast skoro neutralnih čestica u veće nakupine (flokule) zove se flokulacija. Bez koagulacije ne može nastupiti flokulacija, odnosno taloženje čestica, a samim procesom koagulacije ne možemo praktično odstraniti koloidne tvari iz vode.

1.1 Podjela disperznih sistema

Podela prema prečniku čestica: visoko disperzni sistemi (pravi rastvori, < 1 nm), koloidni disperzni sistemi (1 – 100 nm), grubo disperzni sistemi (suspenzije i emulzije >100 nm).

Podela prema broju atoma: visoko disperzni sistemi (< 103 atoma), koloidni disperzni sistemi (103 < 109 atoma, grubo disperzni sistemi (> 109 atoma).

Disperzni sistemi: sistem u kome su čestice jedne faze dispergovane u drugoj fazi,

disperzna faza - disperzno sredstvo, disperzni sistem (disperzija) je heterogen.

Podela disperznih sistema se može izvšiti i prema: veličini dispergovanih čestica, obliku dispergovanih čestica, agregatnom stanju, solvataciji, unutrašnjoj građi koloidnih čestica.

Podela koloida prema unutrašnjoj građi koloidnih čestica disperzoidi agregati malih molekula kristalne strukture međusobno

povezani Van der Waals-ovim silama, micelarni koloidi, makromolekulski koloidi.

2 Koagulacija i flokulacija

Otpadne vode mogu sadržati neorganske i organske koloidne materije (suspenzije) koje se zbog njihove stabilnosti talože veoma sporo. U prirodnim vodama koloidi su uvijek negativno nabijeni a slično je i u većini otpadnih voda. Zbog istoimenih elektrostatičkih naboja koloidi se međusobno odbijaju i ostaju raspršeni u vodi. Dodatkom u vodu hemijskih agenasa moguće je neutralisati elektrostatičke sile koloida te omogućiti koagulaciju čestica i stvaranje većih pahuljica koje se onda mogu izdvojiti iz tečnosti taloženjem, filtracijom ili flotacijom.

Koagulacija se definiše kao dodatak hemikalija u koloidnu disperziju čime se vrši destabilizacija koloidnih čestica slabljenjem sila koje drže čestice u suspenziji. Koagulacija uključuje razelektrisanje naboja čestica i formiranje kompleksa hidroksida u vidu krupnijih flokula koje se brzo talože. Zbog različitog tumačenja pojmova koagulacije i flokulacije, LaMer (1964) koristi ove pojmove u smislu razlikovanja načina destabilizacije čestica, ali ne uzima u obzir načine prenosa čestica.Prema LaMeru pod koagulacijom se podrazumjeva destabilizacija čestica uslijed kompresije električnog dvosloja koji okružuje sve koloidne čestice, dok se flokulacija odnosi na destabilizaciju adsorpcijom velikih organskih polimera i kasnijim stvaranjem čestica–polimer–čestica mostova.Ovakvo tumačenje ima praktično smisao budući da se agregacija koloida, koja uključuje destabilizaciju kompresijom dvosloja, događa pri konstantnoj koncentraciji koagulanta, bez obzira na koncentraciju koloidne materije.Suprotno, agregacija koloida uslijed destabilizacije adsorpcijom polimera može uključiti linearnu (stehiometrijsku) ovisnost optimalne doze koagulanta o koncentraciji koloidne materije. Ovakvo tumačenje nije jedinstveno prihvaćeno pa govoriti o pojmu koagulacije s obzirom na cijeli proces agregacije čestice, uključuje i proces destabilizacije i prenosa čestica, dok se pojam flokulacije veže samo za transportni korak.

2.1 Stabilnost koloida

Termodinamički stabilni koloidni sistemi su reverzibilni (površinski aktivne materije, sapuni i deterdženti, proteini, škrob) dok su termodinamički nestabilni koloidi ireverzibilni (gline, metalni oksidi i mikroorganizmi).Neki termodinamički nestabilni koloidni sistemi stvaraju agregate polako, dok drugi to čine vrlo brzo. Stabilan koloid je ireverzibilan (termodinamički nestabilan), koji stvara agregate vrlo sporo! Ireverzibilni koloidi svoju očitu stabilnost duguju efektima naboja i solvatacije.

2.2 Privlačni i odbojni potencijali

Poznato je da će se čvrste koloidne čestice u vodenim disperzijama gibati u električnom polju, što ukazuje da te čestice nose električni naboj.Koloidne čestice (gline, hidro metalni oksidi, bakterije, proteini, celulozna vlakna) mogu razviti takav naboj na mnoge načine. Osnovni naboj može biti pozitivan ili negativan, iako je većina koloida u vodi i otpadnim vodama negativnog primarnog naboja. Na predznak i veličinu primarnog naboja često utiču pH i sastav jona vodene faze. Koloidna disperzija (čvrsta i vodena faza zajedno) ne posjeduju električni naboj (uslov neutralnosti) tako da primarni naboj na čestici mora biti neutralisan protiv nabojem vodene faze. Kao rezultat, električni dvosloj postoji na svakoj granici između čvrste čestice i vode. Ovaj se dvosloj sastoji od nabijene čestice i ekvivalentnog viška jona suprotnog naboja (protivjon) koji se akumulira u vodi u blizini površine čestice.

Slika 2.2.1

I II

Negativno nabijene čestice

Protivjoni

Udaljenost od površine

Ovaj protivjon elektrostatski je privučen u to granično područje. Ovo privlačenje podiže koncentracijski gradijent tako da slučajno termičko gibanje može uzrokovati difuziju tih jona dalje od površine čestice u masu rastvora gdje je njihova koncentracija niža.Ova dva konkurentna procesa (difuzija i elektrostatska privlačenja) proširuju naboj u vodi preko difuznog sloja, unutar kojeg višak koncentracije protivjona najviše priliježe površini čestice i postepeno pada s povećanjem udaljenosti od granice čvrsta čestica-voda.Kada je u masi rastvora velika koncentracija jona (velika jonska jakost), difuzni sloj je kompaktan i zauzima mali volumen koji nije jako proširen u rastvor.

Slika 2.2.2

Zbog postojanja primarnog naboja, elektrostatski potencijal postoji između površine čestice i mase rastvora. Ovaj električni potencijal može se opisati kao električni napon koji je potreban primjeniti da se jedinični naboj istog predznaka kao što ga ima primarni naboj dovede do dane udaljenosti od površine čestice. Ovaj potencijal ima maksimalnu vrijednost na površini čestice i pada s udaljenošću od površine čestice, a taj pad uzrokovan je karakteristikama dvosloja, brojem i vrstom jona u masi rastvora.Pri visokim jonskim jakostima električni potencijal poprima vrijednost nula već na malim udaljenostima od površine čestice.Kada dvije slične koloidne čestice približimo jedna drugoj, njihovi difuzni slojevi počinju međudjelovati. Ove elektrostatske interakcije između čestica sličnog primarnog naboja uvijek stvaraju odbojne sile.Energija odbojnog potencijala je veća što je udaljenost između takvih čestica manja. Za koloidne sisteme kojima je jonska koncentracija velika u masi rastvora, odbojna međudjelovanja su manja od onih za sisteme koji su niže jonske jakosti. Određene privlačne sile uvijek postoje između svih koloidnih čestica, bez obzira na različitost njihove hemijske prirode.Ove privlačne sile (Van der Waalsove) odgovorne su za agregaciju mnogih koloidnih sistema. Njihova veličina ovisi o vrsti atoma koji čine koloidnu česticu i gustoći čestica i u osnovi neovisna je sastavu vodene faze, što za odbojne sile nije tako.Privlačne sile između dviju čestica smanjuju se s povećanjem udaljenosti koja ih dijeli. Energija potencijala privlačenja, dakle, smanjuje se s povećanjem udaljenosti. Čvrste čestice u koloidnim disperzijama konstantno se gibaju pa prema tome imaju kinetičku energiju. U bilo kojem trenutku postoji raspodjela kinetičke energije te uvijek postoje neke čestice koje imaju vrlo veliku kinetičku energiju, dovoljno veliku da

Negativno naelekrisano jezgro:

I - adsorpcioni slojII - difuzioni sloj

I + II = električni dvostruki sloj

I = - joni i protivjoni

Joni u adsorpcionom sloju sučvrsto vezani i kreću se sa česticom.

II = similarni i protivjoni

Joni u difuzionom sloju supokretljivi (ulaze i izlaze iz njega)

savladaju aktivacijsku energetsku barijeru. Brzina koagulacije stoga je ovisna o veličini energetske barijere i kinetičkoj energiji koloidnih čestica.

Slika 2.2.3 Ovisnost zeta potencijala i mutnoće od količine koagulanta

Ireverzibilni koloidni sistemi koji imaju visoku aktivacijsku energiju i/ili nisku kinetičku energiju koagulirati će vrlo sporo, a koloidi koji imaju nisku aktivacijsku energiju i/ili visoku kinetičku energiju koagulirati će naglo.Kao sredstva za koagulaciju upotrebljavaju se mineralne soli s polivalentnim katjonima i prirodni ili sintetski polimeri (polielektroliti). Od mineralnih soli najviše se upotrebljavaju soli aluminija i željeza: aluminij-sulfat, Al2(SO4)3, aluminij-hlorid, AlCl3, željezo (III) hlorid, FeCl3, željezo-sulfat, Fe2(SO4)3 i FeSO4, kao i bakar (II) sulfat, CuSO4. Od polielektrolita najčešće se upotrebljaju katjonski ali se dosta koriste i anjonski i nejonski polielektroliti. Njihova prednost je što su dobro topivi u vodi i ne povećavaju količinu mulja.

2.3 Destabilizacija koloida pri obradi voda i otpadnih voda

Destabilizacija koloida u procesima obrade voda i otpadnih voda najvjerojatnije se ostvaruje ili adsorpcijom koagulanata ili ugrađivanjem unutar taloga hidroksida ili karbonata. Kada je destabilizacija izazvana adsorpcijom, onda su obično korišteni polimeri. Ti polimeri mogu se:

direktno dodati u proces (sintetski organski polimeri, aktivirana silika),

stvarati tokom procesa iz soli dodanih u sistem (Al(III) i Fe(III) soli) ili biti stvoreni izravno tokom procesa iz materije prisutnih u vodi i otpadnoj vodi.

2.3.1 Destabilizacija s Al(III) i Fe(III) solima

Svi metalni katjoni su hidrolizirani u vodi te jednostavne čestice kao Al3+, Fe3+, Ca2+ i H+ ne egzistiraju u prirodnom vodenom okolišu, dakle prisutni su u obliku Fe(H2O)6

3+, Al(H2O)63+, Ca(H2O)6

2+, H3O+ ili H(H2O)4+.Joni ili molekule (npr. molekule vode) koji su vezani na centralni jon nazivaju se ligandi. Hidratizirani metalni joni Fe(H2O)6

3+ ili Al(H2O)63+, su

kiseli što znači da su proton donori. Dodatak Fe(III) ili Al(III) soli u vodu u koncentraciji manjoj od granične topivosti metalnog hidroksida vodi k stvaranju topivih monomernih, dimernih i malih polimernih hidroksi-metalnih kompleksa pored bezvodnih metalnih jona. U tom su slučaju i OH-joni ligandi.

Fe(H2O)63+ + H20 ⇄ Fe(H2O)5(OH)2+ + H3O+

Al(H2O)63+ + H20 ⇄ Fe(H2O)5(OH)2+ + H3O+

Al(H2O)63+ + 4H20 ⇄ Al(H2O)2(OH)4- + 4H3O+

Fe(H2O)5(OH)2+ + H20⇄ Fe(H2O)4(OH)2+ + H3O+

2Fe(H2O)63+ + 2H20 ⇄ Fe2(H2O)10(OH)2

4+ + 2H3O+

To su tzv. hidrolitičke reakcije. Maksimalna koncentracija topivih Al(III) i Fe(III) specija koje mogu postojati u vodi u ravnoteži s odgovarajućim talozima metalnih hidroksida funkcija su pH iz čega se onda može dobiti aproksimativna vrijednost doze koagulanta i pH za praktičnu primjenu u procesu obrade vode.

Kada su količine Fe(III) ili Al(III) soli, dovoljne da premaše granicu topivosti metalnog hidroksida, dodane u vodu slijedi niz hidrolitičkih reakcija, od jednostavnih hidroksokompleksa (npr. Fe(H2O)5(OH)2+) ili Al(H2O)5(OH)2+) preko formiranja koloidnih hidrometalnih polimera pa do precipitata metalnih hidroksida. Ovi hidroksometalni kompleksi brzo se adsorbiraju na koloidnim česticama, dok se obični hidro-metalni joni (Fe(H2O)6

3+) ne adsorbiraju. Praktične doze Al(III) i Fe(III) soli potrebne za destabilizaciju koloida uvijek su dovoljne da premaše topivost metalnog hidroksida, stoga je prihvatljivo smatrati da je destabilizacija ovakvih sistema izazvana Al(III) i Fe(III) polimerima koji su kinetički posrednici u eventualnoj precipitaciji taloga metalnih hidroksida.

2.4 Flokulacija

Flokulacija predstavlja proces rasta skoro neutralnih čestica u veće nakupine - flokule. Flokulanti su visokomolekularna jedinjenja sa dugačkim lancima.Mogu biti:

prirodni ili sintetski, neorganski ili organski.

Po znaku naelektrisanja su: katjonski (sa pozitivnim naelektrisanje), anjonski (sa negativnim naelektrisanjem) i nejonski (sa podjednakim brojem pozitivno i negativno

naelektrisanih grupa).

Najviše primenjivani flokulanti su: neorganski – aktivna silicijumova kiselina, mineralnog porekla – bentonit, dijatomejske zemlje, krečnjak, organski – sintetski polimeri (poliamini, poliakrilamid, poliakrilati).

Koji će flokulant, u sprezi sa određenim koagulantom, dati najbolje rezultate – određuje se isključivo eksperimentalnim putem. Flokulanti se dodaju u malim dozama i mogu uticati na smanjenje optimalne doze koagulanta.Dodaju se u sistem na dva načina:

istovremeno sa koagulantom u malom vremenskom zakašnjenju u odnosu na koagulant (2-5

minuta)

Da li će se flokulant dodavati istovremeno sa koagulantom ili sa zakašnjenjem u odnosu na koagulant, utiču parametri:

kvalitet i priroda vode priroda koagulanta međusobna interakcija vode, koagulanta i flokulanta način mješanja i način doziranja

Odgovor na sva pitanja daju: eksperimenti u laboratoriji – JAR test, poluindustrijski testovi – na uređajima adekvatne konstrukcije i malih

gabarita, testovi na licu mesta – u realnim uslovima.

3 Faktori koji utiču na proces koagulacije i flokulacije

Osnovni faktori koji utiču na proces koagulacije su: sastav i priroda vode, mješanje, temperatura, pH vrijednost, konstrukcija uređaja, uticaj spoljašnjeg električnog i magnetnog polja.

Sastav vode sadržaj rastvorenih i suspendovanih materija prisutnih u sistemu, materije se moraju pojedinačno analizirati – organske i neorganske, ako neorganske materije sadrže zajednički jon sa primenjenim

koagulantom – ubrzavaju proces koagulacije, ostale, generalno – usporavaju proces.

Mješanje do izvjesne mjere – pospešuje koagulaciju,

u inkubacionom periodu – potrebno je dodato sredstvo što prije ravnomjerno rasporediti po čitavoj zapremini sistema,

u fazi rasta i starenja – blago mješanje, kako ne bi došlo do razaranja već formiranih agregata.

Temperatura porast temeperature – ubrzava koagulaciju, skraćuje period

inkubacije i rasta: ubrzava kretanje čestica, omogućuje veći broj sudara,

obrada vode koagulacijom u zimskom periodu je otežana, posebno u slučaju otpadnih voda sa niskom mutnoćom.

pH uticaj pH vrijednosti sredine direktno zavisi od primjenjenog

koagulanta svaki koagulant – ima optimalni opseg pH - interval pH vrednosti u

kojem je rastvorljivost proizvoda hidrolize najmanja.

Prilikom sprovođenja postupaka flokulacije i koagulacije regulacija pH vrijednosti je neophodna. Ekonomičan rad i optimalni rezultati flokulacije i koagulacije zavise isključivo od pH vode.

Najčešće korišćeno koagulaciono sredstvo, Al-sulfat, najefikasnije djeluje ukoliko je pH vode spremne za flokulaciju, nešto manji od 7 (eksperimenti pokazuju optimalno odvijanje procesa u granicama pH 5-7). Pri visokim pH vrijednostima (pH>9), dolazi do rastvaranja flokulanta što može povisiti njegovu koncentraciju iznad dozvoljene vrijednosti od 0,2 mg/l Al.

3.1 Rastvorljivost Al je funkcija pH

4 Određivanje potrebne količine koagulanta i flokulanta

Izbor optimalne vrste i doze sredstva za koagulaciju i flokulaciju za svaku vodu može se izvršiti samo na osnovu eksperimentalnih podataka izvršenih u laboratoriju. Optimalna doza koagulanta određuje se eksperimentalno pomoću – „JAR“ testa. Eksperimentalni uslovi pri kojima

se određuje optimalna doza koagulanta kao što su; kvalitet vode, pH vrijednost, temperatura, trajanje doziranja koagulanta, mješanje vode koja se tretira i trajanje taloženja moraju biti identični uslovima u pogonu. „JAR” test - jednostavan i brz način simulacije procesa koagulacije i određivanja optimalnih uslova za izvođenje procesa. “JAR” test aparatura prikazana na slici 4.1.

Slika 4.1 „JAR“ test aparatura

„JAR“ test aparatura čine serijski vezane magnetne ili propelerske mješalice koje obezbeđuju jednake uslove mješanja u svim čašama.

Svako mjerno mjesto ima reakcionu posudu (laboratorijsku čašu) sa mješalicom s tim da se svaka mješalica može uključiti ili isključiti nezavisno.

Podešavanje brzine svih mješalica je sinhrono i podešava se okretanjem zajedničkog dugmeta.

Na hemijsku reakciju koja se odigrava utiču sljedeći parametri: doza koagulanta, temperatura, pH vrijednost i brzina mješanja.

Variranjem ovih parametara optimiziraju se procesi koagulacije.

5 Uređaji za koagulaciju i flokulaciju

Proces obrade vode koagulacijom i flokulacije sastoji se tehnički od dvije faze:

doziranje uz mješanje reaktiva – projektovanje načina doziranja i mješanja hemijskih agenasa, sa zonom blagog mješanja prije samog taloženja,

taloženje nastalih agregata – uređaji za taloženje.

5.1 Mjesto, način i uslovi doziranja koagulanta

Mjesto, način i uslovi doziranja koagulanta – moraju obezbjediti intenzivno mješanje za vrijeme inkubacionog perioda.

Nakon toga, voda mora biti podvrgnuta - mirnom, blagom i umjerenom kretanju i mješanju.

Obezbjeđivanje gradijenta brzine koji daje efekat mješanja, tehnički je moguće postići:

hidraulički, aeracijom i mehanički.

Hidraulična metoda: najjednostavnija, najjeftinija – sa aspekta potrebne energije.

Slika 5.1.1 Hidraulična metoda mješanja koagulanta

Aeraciona metoda: mješanje mehurićima vazduha, mali troškovi, dobra cirkulacija, efikasno mešanje, ovom tehnikom se smanjuju gabariti uređaja, potreban prečnik mehurića – do 0,08 mm, veći mehurići vazduha velikom brzinom napuštaju zapreminu sistema,

uz smanjeni efekat mješanja.

Mehanička metoda: podrazumjeva elemente za mješanje različitih oblika, pokretni elementi se okreću ili osciluju.

5.1.2 Mehanička metoda mješanja koagulanta

5.2 Uređaji za doziranje sredstva za koagulaciju i flokulaciju Ukoliko se sredstvo za koagulaciju nabavlja u kristalnom obliku kao aluminijev sulfat, potrebno je imati uređaj za pripremu odgovarajućeg rastvora. Ovisno o veličini uređaj će biti u jednoj od izvedbi, odnosno za:

manja postrojenja, velika postrojenja.

Slika 5.2.1 Priprema i doziranje koagulanta u manjim postrojenjima

Uređaji za doziranje hemikalija omogućavaju: jednolično miješanje i rast flokula, kompaktnost, mali utrošak energije, mali utrošak hemikalija, nema zastoja u protoku.

Slika 5.2.2 Shematski prikaz doziranja hemikalija

Slika 5.2.3 Uređaj za doziranje hemikalija

koagulan

koagulan

flokulant

flokulant aearacija

Slika 5.2.2 Doziranje koagulanata u većim postrojenjima

U bazenima 1 i 2 priprema se 10%-tna otopina Al-sulfata. Grade se uglavnom su od betona čije površine se prevlače kiselootpornim premazom ili poliesterom.

6 Taloženje

Taloženje je proces djelovanja sile gravitacije pri izdvajanju dispergiranih tvari težih od vode. S obzirom na koncentraciju i međusobno djelovanje čestica taloženje može biti:

taloženje pojedinačnih čestica u suspenziji male koncentracije, međudjelovanje beznačajno,

taloženje uzrokovano flokulacijom i aglomeracijom – porast mase i brže taloženje,

taloženje suspenzija srednje koncentracije – slabo međudjelovanje uz stabilnost otopine,

taloženje čestica određene strukture i koncentracije uslijed aglomeracije.

6.1 Akcelatori

Kapacitet ovih uređaja kreće se u granicama od 1-5000 m3/h. Koagulanti se dodaju u cjevovod tj. komoru za miješanje, u uslovima turbulentnog strujanja. Proces koagulacije i flokulacije odvija se u taložnicima ili akcelatorima, gdje je vrijeme boravka vode (retencija) oko 2 sata. Brzina strujanja vode u smjeru odozdo prema gore kreće se u granicama 2-4 m/h, što ovisi o sastavu vode, onečišćenju i temperaturi. U akcelatoru se ulazna sirova voda mješa s muljem kako bi se ubrzao proces flokulacije. U akcelatoru se kontinuirano odvijaju sve faze bistrenja vode i oni su investiciono i eksploataciono znatno jeftiniji od klasičnih taložnih tankova.

Za dobar efekt flokulacije važno je imati uvijek izvjesnu količinu aktivnog mulja koji služi kao lebdeći muljni filter.

Slika 6.1.1 Akcelator

Slika 6.1.2 Shema radijalnog taložnika

DODAVANJE REAGENSA DODAVANJE REAGENSA ZA FLOKULACIJUZA FLOKULACIJU

IZLAZIZLAZ BLATABLATA

ULAZ BLATNEULAZ BLATNE VODEVODE

MJEŠALICAMJEŠALICABLATNE VODEBLATNE VODE

STIJENKA ZASTIJENKA ZAFLOKULEFLOKULE

IZLAZIZLAZPREČIŠĆENEPREČIŠĆENE

VODEVODESTRUGAČISTRUGAČI

ZONAZONADEKANTACIJEDEKANTACIJE

Zaključak

Koagualcija je proces destabilizacije mikroskopski sitnih čestica, kojima se, uz pomoć hemikalija, neutrališe njihov elekrični naboj i omogućava spajanje u krupnije čestice, koje se zatim brzo talože ili se zadržavaju u prostoru filterske ispune.

Flokulacija je proces koji se nadovezuje na koagulaciju i ima zadatak da omogući intenzivan dodir između destabiliziranih čestica, čime se postiže njihovo spajanje u krupnje agregate.

Efikasnost koagulacije zavisi se od odabira pogodnog koagulanta, njegove koncentracije, pH vrijednosti i postizanja brzog i potpunog miješanja dodate hemikalije s vodom. Miješanje se mora sprovesti za veoma kratko vrijeme i sa intenzitetom koji omogućava potpuno miješanje vode u cijevi ili komori u kojoj se vrši destabilizacija.

Efikasnost flokulacije prvenstveno zavisi od vremena kontakta, koje treba da bude reda veličine 10-30 minuta, i od mogućnosti da se mijenja energija miješanja, kako ukupna, tako i toku flokulacije.

Izbor vrste koagulanta zavisi od prirode vode koja se prerađuje. Sem toga, na ovaj izbor utiču i ekonomski uslovi kao i mogućnosti snabdjevanja. Od svih koagulanata, najviše se upotrebljavaju soli željeza i aluminijuma, prije svih željezni hlorid i aluminijum sulfat.Najviše primenjivani flokulanti su sintetski polimeri (poliamini, poliakrilamid, poliakrilati).

Uspješnost drugih procesa obrade voda veoma često su direktno ovisi o uspješnosti koagulacije i flokulacije.

Stoga su oni danas postali nezamjenjivi dio procesa pripreme vode za piće kao i tretmana otpadnih voda.

Literatura

1. Degremont, (1976): Tehnika prečišćavanje voda, Građevinska knjiga, Beograd, 31.

2. Feliks R., (1980): Unapređenje i zaštita radne i životne sredine i sanitarno zakonodavstvo standardne metode i normativi, „Institut za dokumentaciju zaštite na radu“ Niš, 351,

3. Jahić M., (1988): Urbani vodovodni sistemi, Udruženje za tehnologiju vode, Beograd, 222.

4. Simičić H., (2002): Procesi obrade otpadnih voda, Biblioteka Lukavac i Eko zeleni Tuzla, 190.