1.7. KONDICIONIRANJE VODE

Kondicioniranje vode je proces za postizanje zdravstvene ispravnostivode za ljudsku potrošnju.

Dakle, kondicioniranje vode je uvijek neophodno ako se utvrdi da izvorišna voda ne odgovarapropisanim standardima kvalitete.

Stoga je uvijek najprije potrebno mjerenjem odrediti vrijednosti traženih parametara kvalitete vodeprirodnog izvorišta, kako bi se mogla ustanoviti neophodnost i karakter njenog kondicioniranja.

1.7.1. ZAHTJEVI KVALITETE VODE

Zbog izuzetnog značaja zdravstvene ispravnosti vode namijenjene za ljudsku potrošnju, svakazemlja zakonski propisuje zahtjeve u pogledu njene kvalitete.

U našoj zemlji je ovo regulirano Zakonom o vodi za ljudsku potrošnju (NN 56/13), koji propisujedonošenje pravilnika, naredbi i naputaka za provedbu pravno obvezujućih akata Europske unijedonesenih na temelju direktive Vijeća 1998/83/EZ.

Prema ovom Zakonu, voda namijenjena za ljudsku potrošnju je:

(a) sva voda koja je u svom izvornom stanju ili nakon kondicioniranja namijenjena za piće,kuhanje, pripremu hrane ili druge potrebe kućanstava, neovisno o njezinom porijeklu teneovisno o tome potječe li iz sustava javne vodoopskrbe, iz cisterni ili iz boca odnosnoposuda za vodu,

(b) sva voda koja se rabi u industrijama za proizvodnju hrane u svrhu proizvodnje, obrade,očuvanja ili stavljanje na tržište proizvoda ili tvari namijenjenih za ljudsku potrošnju, osim akonadležno tijelo ne utvrdi da kakvoća vode ne može utjecati na zdravstvenu ispravnost hrane unjezinom konačnom obliku.

Također, temeljem narečenog Zakona donijet je Pravilnik o parametrima sukladnosti i metodamaanalize vode za ljudsku potrošnju (NN 125/13 i 141/13).

Ovime se Pravilnikom propisuju:

(I) (a) parametri zdravstvene ispravnosti i (b) indikatorski parametri vode za ljudsku potrošnju,(II) učestalost uzimanja uzoraka vode za ljudsku potrošnju,(III) parametri, vrste i opseg analiza uzoraka vode za ljudsku potrošnju,(IV) metode laboratorijskog ispitivanja zdravstvene ispravnosti vode za ljudsku potrošnju.

Sva izvorišta vode namijenjene ljudskoj uporabi i vodoopskrbni objekti moraju biti zaštićeni odslučajnog ili namjernog onečišćenja i drugih utjecaja koji mogu ugroziti zdravstvenu ispravnost vodeza ljudsku potrošnju.

Sve pravne osobe koje obavljaju djelatnost javne vodoopskrbe, moraju isporučiti zdravstvenoispravnu vodu sukladno odredbama ovoga Pravilnika.

Zdravstveno ispravnom vodom za ljudsku potrošnju smatra se voda koja:

▪ ne sadrži mikroorganizme, parazite i njihove razvojne oblike u broju koji predstavlja opasnost pozdravlje ljudi,

▪ ne sadrži tvari u koncentracijama koje same ili zajedno s drugim tvarima predstavljaju opasnostpo zdravlje ljudi,

▪ ne prelazi vrijednosti parametara zdravstvene ispravnosti vode, odnosno njihove maksimalnodopuštene koncentracije (MDK) propisane Pravilnikom.

(I) (a) Parametri zdravstvene ispravnosti i (b) indikatorski parametri vode za ljudsku potrošnju

(Ia) Parametri zdravstvene ispravnosti vode za ljudsku potrošnju odnose se na (1) mikrobiološkeparametre i (2) kemijske parametre.

(Ia.1) mikrobiološki parametri: escherichia coli, enterokoki, clostridium perfringens, pseudomonas aeruginosa i enterovirusi;

(Ia.2) kemijski parametri: akrilamid, antimon, arsen, bakar, benzen, benzo(a)pyrene, bor, bromati,cijanidi, epiklorhidrin, fluoridi, kadmij, krom, klorit, klorat, nikal, nitrati, nitriti, olovo, otopljeniozon, policiklički aromatski ugljikovodici (PAH), pesticidi, pesticidi ukupni, selen, trihalometan- ukupni (THM),1.2-dikloretan, suma tetrakloretan i trikloretan, vinil klorid i živa;

(Ib) Indikatorski parametri vode za ljudsku potrošnju odnose se na (1) mikrobiološke parametre i (2)kemijske parametre te (3) na radioaktivnost.

(Ib.1) mikrobiološki parametri: broj kolonija na 22 [°C] i na 27 [°C] te ukupni koliformi;(Ib.2) kemijski parametri: aluminij, amonij, barij, berilij, boja, cink, deterdženti – anionski i neionski,

fenoli, fosfati, kalcij, kalij, kloridi, kobalt, koncentracija vodikovih iona (pH), magnezij, mangan,ugljikovodici, miris, mutnoća, natrij, okus, silikati, slobodni klor, srebro, sulfati, temperatura,ukupni organski ugljik (TOC), ukupna tvrdoća, ukupne suspenzije, utrošak kalijevogpermanganata, KMnO4, vanadij, vodikov sulfid, vodljivost i željezo;

(Ib.3) radioaktivnost: tricij i ukupna primljena doza.

U nastavku se iznose vrijednosti nekih parametara zdravstvene ispravnosti i indikatorskih parametaravode za ljudsku potrošnju, odnosno njihove MDK, prema prethodno navedenim skupinama(mikrobiološki, kemijski i radioaktivnost).

(1) mikrobiološki parametri: voda za ljudsku potrošnju ne smije sadržavati ni jednu od prethodnonavedenih bakterija, parazita i virusa, dok broj kolonija na 22 [°C] može iznositi 100/1 [ml] te na37 [°C] do 20/1 [ml];

(2) kemijski parametri: pitka voda može npr. sadržavati najviše 3 000 [μg l-1] cinka, 2 000 [μg l-1]bakra, do 1 500 [μg l-1] fluorida, dok cijanida, kroma, otopljenog ozona i mangana može bitinajviše 50 [μg l-1]. MDK željeza i deterdženata iznosi 200 [μg l-1]. Arsena, bromata, olova, selena,srebra te suma tetrakloretana i trikloretana smije biti do10 [μg l-1], benzena i žive do 1.0 [μg l-1], aakrilamida, epiklorhidrina, policikličkih aromatskih ugljikovodika i (pojedinačnih) pesticida najviše0.10 [μg l-1]. Dodatno, voda za piće mora biti bez mirisa (zbog prisustva otopljenih plinova,mineralnih ulja, organskih tvari i mikroorganizama), bez okusa (zbog prisustva u vodi tvari kojeuzrokuju i miris vode) i bez vodikovog sulfida. Boja vode (zbog prisustva u vodi pretežno humusnihtvari) može iznositi najviše 20 [mg l-1], mjerena platinskokobaltnom skalom (PtCo), mutnoća (zbogprisustva u vodi lebdećih tvari – čestica pijeska, gline, muljevitih čestica organskog porijekla i sl.)do 4 [°NTU] (stupnja nefelometrijske turbidimetrijske jedinice), a koncentracija vodikovih iona,6.5 < pH < 9.5. Klorida i sulfata smije biti do 250 [mg l-1], natrija do 200 [mg l-1] te amonija islobodnog (rezidualnog) klora do 0.5 [mg l-1]. Ukupne suspenzije mogu iznositi najviše 10 [mg l-1].Temperatura vode treba biti do 25 [°C];

(3) radioaktivost: u vodi za ljudsku potrošnju smije biti tricija do 100 [Bq l-1], dok ukupna primljenadoza iznosi najviše 0.10 [mSv godina-1].

U slučaju elementarne nepogode, iznenadnog onečišćenja vodoopskrbnog sustava ili bilo kojegdrugog uzroka odstupanja od sukladnosti prema Pravilniku, koji se postojećim postupcimakondicioniranja vode ne može ukloniti, a ne postoji rezervno izvorište, niti mogućnost opskrbe vodomza ljudsku potrošnju na drugi način, za daljnji rad pravna osoba koja obavlja djelatnost javnevodoopskrbe obavezna je podnijeti zahtjev nadležnom Ministarstvu za odobrenje odstupanja od MDKvrijednosti.

Provjeru sukladnosti vode namijenjenoj za ljudsku potrošnju, odnosno poštivanje MDK vrijednosti izPravilnika, nadzire Hrvatski zavod za javno zdravstvo stalnim praćenjem (monitoringom). Izvršiteljimonitoringa su zavodi za javno zdravstvo u županijama, odnosno Gradu Zagrebu, čiji laboratorijiobavljaju ispitivanja sukladno odredbama norme HRN EN ISO/IEC 17025.

(II) Učestalost uzimanja uzoraka (uzorkovanje) vode za ljudsku potrošnju (broj uzoraka godišnje) zaispitivanje njene zdravstvene ispravnosti u okviru redovitog i revizijskog praćenja (monitoringa) izvodoopskrbne mreže, cisterni i objekata u kojima se proizvodi hrana ovisi o količini isporučene vodeunutar opskrbne zone u [m3 d-1]. Umjesto količine vode za ljudsku potrošnju, za dobivanje minimalneučestalosti, može se upotrijebiti broj stanovnika, uz pretpostavku da (specifična) potrošnja iznosi200 [l stanovnik-1 d-1].

(III) Parametri, vrste i opseg analiza uzoraka vode za ljudsku potrošnju za provedbu redovnog irevizijskog monitoringa definirani su sa ciljem dobivanja osnovnih (kod redovitog monitoringa) ili svihparametara (kod revizijskog monitoringa) provjere sukladnosti vode za ljudsku potrošnju.

(IV) Metode laboratorijskog ispitivanja zdravstvene ispravnosti vode za ljudsku potrošnju baziranesu na korištenju važećih HRN EN ISO normi.

Prema tome, svaka izvorišna voda namijenjena za ljudsku potrošnju, koja posjeduje svojstva isadrži tvari opasne po zdravlje ljudi iznad dopuštenih vrijednosti, mora se prije upotrebe, odnosnodistribucije potrošačima, podvrći odgovarajućem procesu kondicioniranja.

1.7.2. FAZE KONDICIONIRANJA VODE

Raznovrsni zadaci koji se u praksi najčešće rješavaju postupkom kondicioniranja vode uglavnomse svode na:

(i) uklanjanje iz vode raspršenih (suspendiranih) tvari, tj. smanjenje mutnoće,

(ii) uklanjanje iz vode tvari koje uzrokuju njenu obojenost,

(iii) uklanjanje iz vode otopljenih plinova (degazacija) i ukupnih soli (desalinizacija),

(iv) uklanjanje organske tvari,

(v) promjene tvrdoće vode,

(vi) uništavane u vodi patogenih mikroorganizama (dezinfekcija).

U određenim slučajevima proces kondicioniranja vode može biti dopunjen i usložnjen specijalnimfazama, npr. uklanjanjem soli željeza (deferizacija) ili uklanjanjem masti i ulja (isplivavanje(flotacija)).

Poboljšanje kvalitete vode provodi se na objektima s pripadajućom elektrostrojarskom opremom,koje zajednički nazivamo uređaji za kondiconiranje vode.

Na slici 1.7::01 prikazana je osnovna konfiguracija, odnosno jednostavnija tehnološka shemameđusobnog rasporeda pojedinih objekata uređaja za kondicioniranje vode.

Predočenana shema pretpostavlja gravitacijsko kretanje vode prilikom njenog uzastopnogprolaženja kroz pojedine objekte uređaja za kondicioniranje vode.

Također, ova shema, sukladno parametrima kvalitete vode prirodnog izvorišta, može biti proširenai dodanim, prethodno navedenim, tehnološkim fazama kondicioniranja vode.

Slika 1.7::01 Osnovna tehnološka shema uređaja za kondicioniranje vode1 – otapanje i doziranje koagulanta, zgrušavanje; 2 – miješanje; 3 – pahuljičenje; 4 – taloženje; 5 – procjeđivanje; 6 - dezinfekcija

U ovome slučaju postupak kondicioniranja vode predviđa sljedeće faze temeljene na (i) fizikalnim,(ii) kemijskim i (iii) biološkim djelovanjima:

(1) otapanje i doziranje koagulanta u sirovu vodu, zgrušavanje (koagulaciju),

(2) miješanje (koagulanata i sirove vode),

(3) pahuljičenje (flokulaciju),

(4) taloženje (sedimentaciju),

(5) procjeđivanje (filtraciju),

(6) dezinfekciju.

1.7.2. – 1. Otapanje i doziranje koagulanta. Zgrušavanje

Glavnina problema kod smanjenja mutnoće, kao čestog nedostatka vode, vezana je uz prisustvovrlo sitnih (raspršenih) čestica – koloida, dimenzija od 1 [nm] do 1 [μm].

Zbog istoimenih (negativnih) elektrostatičkih naboja koloidi se međusobno odbijaju i ostajuraspršeni u vodi. Zato je vrijeme potrebno za izdvajanje koloida iz vode, prvenstveno procesomtaloženja, uslijed njihove tzv. agregatne stabilnosti, praktički beskonačno.

To je u tehnici kondicioniranja vode rezultiralo traženjem procesa remećenja stabilnosti koloida imogućnosti njihovog kasnijeg međusobnog spajanja u veće čestice koje će se u vodi lakše taložiti.

Takav proces remećenja stabilnosti (destabilizacija) koloida u sirovoj vodi naziva se zgrušavanje.

Destabilizacija koloida se postiže dodavanjem vodi određenih kemijskih reagensa – koagulanata.

U praktične svrhe, kao neorganski koagulanti najčešće se koriste soli aluminija i željeza, tjaluminijev sulfat, Al2(SO4)3·18 H2O, poznatiji pod komercijalnim nazivom alaun, i željezni sulfat,FeSO4·7H2O, tj. zelena galica. Još se relativno često koriste i kalcijev oksid, CaO (živo vapno),kalcijev hidroksid, Ca(OH)2 (gašeno vapno) i natrijev karbonat, Na2CO3 (soda).

U suvremenoj tehnici kondicionirana vode sve se više koriste organski koagulanti, tzv.polielektroliti, kao makromolekule dugačkog niza dobivene spajanjem prostih monomera.

Na proces koagulacije u znatnoj mjeri utječu kvaliteta sirove (prirodne) vode, količina i karaktersuspendiranih koloida, potrošnja kisika, količina soli, pH vrijednost i temperatura vode.

Stoga se vrsta i optimalna doza koagulanta određuje ispitivanjem izvorišne vode. Radi orijentacije,prosječna doza alauna za vodu mutnoće 40 [°NTU] iznosi 25 do 35 [mg l-1], dok za mutnoću od400 [°NTU] prosječna doza alauna iznosi 60 do 90 [mg l-1].

Koagulant se u vodu dodaje u obliku otopine. Zato postoje posebni uređaji za pripremu otopine injeno doziranje – dozatori, koji otopinu koagulanta doziraju u funkciji mutnoće vode (čije vrijednostimogu u relativno kratkom vremenu znatno oscilirati).

Danas je postupak doziranja potpuno automatiziran, tako da se vodi automatski, ovisno o mutnoćii protoku, dodaje prethodno definirana optimalna doza koagulanta.

1.7.2. – 2. Miješanje

Da bi zgrušavanje bilo što efikasnije, potrebno je odmah nakon dodavanja koagulanta osiguratinjegovo intenzivno (turbulentno) miješanje sa sirovom vodom.

To se postiže u posebnim objektima (bazenima) – mješačima, u kojima se voda zadržava do 5[min].

Obično se primjenjuju sljedeće dvije vrste mješača:

(1) gravitacijski mješači (mješači s gravitacijskim miješanjem),

(2) mehanički mješači (mješači s mehaničkim miješanjem).

(1) Gravitacijski mješači, slika 1.7::02, mogu biti izvedeni kao:

(a) horizontalni mješači (mješači s horizontalnim tokom),

(b) vertikalni mješači (mješači s vertikalnim tokom).

Slika 1.7::02 Gravitacijski mješači(a) horizontalni mješač; (b) vertikalni mješač

1 – dovod sirove vode; 2 – doziranje koagulanta; 3 – pravokutni preljev; 4 – vertikalne pregrade; 5 – ispust; 6 – kružni preljev

Na slici 1.7::02(a) prikazan je horizontalni mješač. Izveden je kao pravokutni bazen u kojemu jeugrađeno više uzastopnih vertikalnih pregrada s otvorima postavljenim tako da stvarajuneprestanu promjenu brzine i smjera tečenja vode.

Brzina vode u mješaču obično se uzima 0.6 [m s-1], a u otvorima oko 1 [m s-1]. Razmak pregradaje najčešće dvije širine bazena, Bb [m], a dubina vode iza posljednje pregrade je do 0.5 [m]. Pri timje uvjetima sniženje razine vode između susjednih pregrada oko 0.15 [m].

Rad vertikalnog mješača, slika 1.7::02(b), temeljen je na načelu turbulentnog tečenjaprouzrokovanog znatnom promjenom protjecajnog presjeka.

Brzina u uskom dijelu konusa je oko 1 [m s-1], a u cilindričnom oko 25 [mm s-1].

(2) Mehanički mješači se zasnivaju na mehaničkom miješanju vode i koagulanta pomoćupropelerne miješalice.

Slika 1.7::03 Mehanički mješač1 – dovod sirove vode; 2 – odvod koagulirane vode; 3 – doziranje koagulanta; 4 – ispust; 5 – vertikalna pregrada;

6 - pogonski motor; 7 – propelerna miješalica

Ponekad se miješanje postiže i izravnim doziranjem koagulanta u usisnu cijev crpke ili u cjevovodkojime se voda transportira do uređaja za kondicioniranje vode. Kod toga treba voditi računa daduljina cjevovoda, s obzirom na brzinu vode, osigura potrebno vrijeme miješanja.

1.7.2. – 3. Pahuljičenje

Pahuljičenje je proces stvaranja pahuljica (flokula) spajanjem koloida, prethodno destabiliziranihprocesom zgrušavanja.

Stvaranje pahuljica se odvija u posebnim objektima (bazenima) – flokulatorima.

Njihova je zadaća da osiguraju stvaranje pahuljica, koje počinje odmah nakon miješanja vode ikoagulanta. Ovaj proces se odvija relativno sporo i da bi se dobile dovoljno krupne flokule (veličine0.5 do 0.6 [mm]) potrebno je 10 do 30 [min].

Dodatno povećanje pahuljica može se postići dodavanjem sredstava za pahuljičenje – flokulanata.Količina i vrsta flokulanta utvrđuje se ispitivanjem vode.

Procesu stvaranja pahuljica potpomaže lagano i ravnomjerno miješanje vode, što ujednosprječava i njihovo taloženje u flokulatoru. Granična vrijednost brzine vode determinirana je smogućnošću razbijanja već slijepljenih pahuljica i iznosi 0.2 do 0.3 [m s-1].

U praksi se najčešće koriste, analogno kao i mješači:

(1) gravitacijski flokulatori,

(2) mehanički flokulatori.

(1) Gravitacijski flokulatori, slika 1.7::04, mogu biti izvedeni kao:

(a) horizontalni flokulatori,

(b) vertikalni flokulatori.

Slika 1.7::04 Gravitacijski flokulatori(a) horizontalni flokulator; (b) vertikalni flokulator

1 – dovod koagulirane vode; 2 – odvod vode nakon pahuljičenja

Na slici 1.7::04(a) prikazan je horizontalni flokulator. Izveden je kao bazen pregrađen nizomkoridora kojima teče voda. Broj zaokreta toka obično se uzima 8 do 10. Duljina koridora je ufunkciji brzine vode i vremena zadržavanja vode u flokulatoru.

Rad vertikalnog flokulatora, slika 1.7::04(b) temeljen je na istom principu kao i rad vertikalnogmješača. Voda se dovodi u donji dio konusa s uzlaznom brzinom oko 0.7 [m s-1], da bi po dolaskuu gornji dio opala na svega 4 do 5 [mm s-1]. Iz gornjeg cilindričnog dijela flokulatora voda se običnoodvodi prorupčanim cijevima.

(2) Mehanički flokulatori se zasnivaju na mehaničkom miješanju koagulirane vode pomoćumiješalica, slika 1.7::05.

Na slici 1.7::05(a) prikazan je flokulator s vertikalnom osi okretanja lopatica, a na slici 1.7::05(b) shorizontalnom osi.

Slika 1.7::05 Mehanički flokulatori(a) s vertikalnom osi okretanja lopatica; (b) s horizontalnom osi okretanja lopatica

1 – dovod koagulirane vode; 2 – pogonski motor; 3 – miješalica; 4 – odvod vode nakon pahuljičenja

1.7.2. – 4. Taloženje

Taloženje je proces gravitacijskog uklanjanja zrnatih i pahuljičastih čestica iz vode kojima jegustoća veća od gustoće vode.

U teoriji taloženja se polazi od (a) pojedinačne (diskretne), (b) okrugle čestice, pretpostavljajući(c) mirnu vodu i (d) zanemarujući sve utjecaje koji ometaju ovaj proces.

Kada se diskretna okrugla čestica pusti padati u mirnoj vodi nultom početnom brzinom, onaubrzava kretanje dok joj brzina, nakon određenog vremena (koje je gotovo uvijek beznačajno uodnosu na trajanje procesa taloženja), ne postane konstantna.

S obzirom na karakter i kvalitetu vode u procesu kondicioniranja, te na veličinu i masu čestica,vertikalna brzina taloženja čestice, vt [m s-1], nalazi se u području važenja Stokesovog zakona(1851), koji glasi:

1

18

2

p

t vdgv (1.7-01)

gdje su:

g - ubrzanje polja sile teže, [m s-2],

d - promjer čestice, [m],

v - kinematički koeficijent viskoznosti vode, [m2 s-1],

ρp - gustoća mase čestice, [kg m-3]. Npr. za pijesak, ρp = 2 650 [kg m-3], a za mulj koaguliran

alaunom, ρp = 1 180 [kg m-3],

ρ - gustoća mase vode, [kg m-3].

Međutim, pošto se kod taloženja, kako prirodne tako i koagulirane suspenzije, obično susrećemo spolidisperznom suspenzijom, brzine taloženja takove suspenzije najbolje je odrediti ispitivanjima.

Isto tako, budući da u praksi nikada nisu ispunjeni uvjeti savršenog (idealnog) taloženja, mora seračunati na umanjenje efekta taloženja.

Ovome doprinose dva odlučujuća činioca: (i) strujanje u zoni taloženja izazvano raznim utjecajima(puhanjem vjetra po nepokrivenim taložnicima, konvektivnim strujanjem zbog temperaturnihpromjena, strujanje zbog razlike u gustoći) i (ii) međudjelovanje čestica.

Proces taloženja odvija se u posebnim objektima (bazenima) – taložnicima.

Danas se u praksi kondicioniranja vode primjenjuju dvije osnovne vrste taložnika, ovisno odsmjera toka u njima:

(1) horizontalni taložnici,

(2) vertikalni taložnici.

Ovo su tzv. konvencionalni taložnici. Radi intenzifikacije procesa taloženja grade se i specijalnitaložnici koji će se analizirati naknadno.

(1) Taloženje u horizontalnim taložnicima se može odvijati u:

(a) pravokutnim taložnicima,

(b) okruglim taložnicima.

(a) Shema taloženja čestica u (savršenom) pravokutnom taložniku prikazana je na slici 1.7::06.

Slika 1.7::06 Taloženje čestica u horizontalnom pravokutnom taložniku

Voda u taložnik dotječe ulaznom zonom kroz jedan od vertikalnih zidova taložnika, prolazinjegovom duljinom zonom taloženja do suprotnog vertikalnog zida i izlaznom zonom otječe iztaložnika. Ispod zone taloženja je zona mulja.

Na gornjoj slici, v0 [m s-1], označava horizontalnu brzinu vode u zoni taloženja, definiranu izrazom:

sso HB

Qv (1.7-02)

gdje su:

Q - protok zonom taloženja, [m3 s-1],

Bs - širina zone taloženja (širina taložnika), [m],

Hs - dubina zone taloženja (dubina taložnika), [m].

Vrijednost horizontalne brzine trebala bi se nalaziti u granicama 2.5 < vo < 35 (50) [mm s-1].

Kritična brzina taloženja, vtcr [m s-1], koja mora postojati da bi se čestice istaložile bar u krajnjojdonjoj točki zone taloženja prema zoni izlaza, određena je odnosom:

sstcr LHvv :: 0 (1.7-03)

odnosno:

s

sotcr L

Hvv (1.7-04)

gdje je Ls [m] duljina zone taloženja (duljina taložnika).

Sve čestice s brzinom taloženja vt ≥ vtcr bit će 100 [%] uklonjene, jer će se kretati putanjamaparalelnim s “p” ili strmijim. Isto tako, sve čestice s brzinom taloženja vt < vtcr koje u zonu taloženjauđu unutar visine h [m], imat će putanje paralele s “p‘ ” i bit će također uklonjene, dok će svečestice s brzinom taloženja vt < vtcr koje u zonu taloženja uđu iznad visine h, biti iznijete iz zonetaloženja.

Uvrštavajući izraz 1.7-02 u izraz 1.7-04, dobije se izraz za površinsko (hidrauličko) opterećenje,PO [m s-1], taložnika:

ssstcr A

QLB

QvPO (1.7-05)

gdje je As [m2] površina zone taloženja (površina taložnika).

Vrijeme zadržavanja vode u taložniku, Ts [s], definirano je izrazom:

QAHT ss

s (1.7-06)

i kreće se od 2 do 6 (7) [h].

Prethodne analize taloženja u pravokutnim horizontalnim taložnicima temeljene su, izmeđuostaloga, i na pretpostavci da režim tečenja ne utječe na proces taloženja. Naravno, ovapretpostavka vrijedi samo za slučaj laminarnog tečenja u taložniku.

Da li će se tečenje u taložniku odvijati u laminarnom ili turbulentnom režimu ovisi, dakako, ovrijednosti Reynoldsovog broja, Re [1], koji se u ovom slučaju može izraziti:

ss HBvQ

21Re

(1.7-07)

Za laminarno tečenje u pravokutnim taložnicima treba biti ispunjen uvjet, Re < 2000. Dakle, zamanje vrijednosti Reynoldsovog broja, Re, potrebni su relativno široki i duboki taložnici.

S druge strane, potreba eliminacije kratkospojnog tečenja, kada se dotok jednoliko ne distribuirapreko čitavog poprečnog presjeka taložnika (prema izrazu 1.7-02), zahtijeva što veći odnos silatromosti prema silama gravitacije, što se izražava Froudeovim brojem:

s

s

s

stcro

BH

HL

gv

RgvFr 212

222 (1.7-08)

čija bi vrijednost trebala iznositi Fr >10-5. U ovome izrazu R [m] označava hidraulički radijus.

Zadovoljenje gornjeg kriterija zahtijeva duge, uske i plitke taložnike s većim brzinama toka, što je usuprotnosti s prethodno izraženim zahtjevom s obzirom na tražene vrijednosti Reynoldsovog broja.

Stoga su konstrukcijska rješenja konvencionalnih pravokutnih taložnika s horizontalnim tokomvode rezultat kompromisa između međusobno suprotnih hidrauličkih zahtjeva (niske vrijednostiReynoldsovog broja i visoke vrijednosti Froudeovog broja) i ekonomskih kriterija koji zahtijevajuograničen odnos dubine, širine i duljine spremnika.

Vrijednost Reynoldsonog broja postaje relativno niska, a Froudeovog broja relativno visoka, ako je:

sss BHL 810 25.1 (1.7-09)

Dubina taložnika odabire se 2 do 3 [m]. Isto tako, ne preporučuju se taložnici sa širinom preko5 [m] i duljinom preko 50 [m].

Slika 1.7::07 Horizontalni pravokutni taložnik1 – dovod; 2 – zgrtač mulja; 3 – muljna komora; 4 – muljni ispust; 5 – odvod

Moguće je i rješenje s pokretnim mostom koji također ima zgrtač i premošćuje taložnik po širini,krećući se od jednog prema drugom kraju taložnika. Zgrtanja mulja se obavlja suprotno od smjeratoka.

Postupci zgrtanja mulja obično su automatizirani.

Radi što lakšeg zgrtanja mulja u muljnu komoru, odakle se zatim ispušta, dno taložnika se izvodi suzdužnim padom 1 do 2 [%], također suprotno toku.

Na slici 1.7::07 prikazan je uzdužni presjek horizontalnog pravokutnog taložnika. U taložniku jeradi zgrtanja istaloženog mulja ugrađen zgrtač mulja. Brzina zgrtača je oko 1 [cm s-1].

Obično se grade dva taložnika, radni i rezervni, kako bi se nesmetano obavljalo čišćenja.

Horizontalni pravokutni taložnici pokazali su se ekonomski opravdanim ako im je kapacitet veći od3 000 [m3 d-1].

Iz prethodnih je analiza vidljivo da su mješači, flokulatori i taložnici u funkcionalnom pogledurazličiti objekti. No, u konstrukcijskom pogledu oni mogu biti povezani u cjelinu, kao što prikazujeslika 1.7::08.

Slika 1.7::08 Primjer konstrukcijske povezanosti mješača, flokulatora i taložnika1 – mješač; 2 – flokulator; 3 – taložnik

Bitna osobina okruglih taložnika je promjena brzine vode u zoni taloženja od najveće vrijednosti usredini, do najmanje na rubovima taložnika.

Slika 1.7::09 Okrugli taložnik1 – dovod; 2 – sabirni žlijeb; 3 – zgrtač mulja; 4 – pokretni most; 5 – muljna komora; 6 – muljni ispust; 7 – odvod

Sustav za zgrtanje mulja najčešće je riješen rotacijskom rešetkastom (mosnom) konstrukcijom.

Okrugli taložnici se grade promjera Ds = 5 do 60 [m]. Dubina taložnika (vode), Hs, na rubu uzimase 1.5 do 2.5 (3.5) [m] (Ds/Hs > 3.5), a nagib dna 4 do 10 [%].

(b) U okrugli taložnik, slika 1.7::09, voda se dovodi u komoru, smještenu u sredini taložnika, iradijalno kreće (zbog čega se ovi taložnici ponekad nazivaju radijalni taložnici) prema rubnomsabirnom žlijebu, iz kojega se dalje odvodi.

Slika 1.7::10 Okrugli taložnik s flokulatorom1 – dovod; 2 – flokulator; 3 – zona taloženja; 4 – muljna komora; 5 – zgrtač mulja; 6 – pokretni most; 7 – miješalice;

8 – sabirni žlijeb; 9 – muljni ispust; 10 – odvod

(2) Taloženje u vertikalnim taložnicima se može odvijati u:

(a) okruglim taložnicima,

(b) kvadratnim taložnicima.

Češća je primjena okruglih taložnika.

Okrugli taložnik može u sredini imati smješten flokulator, slika 1.7::10.

Ovakav taložnik je u stvari okrugli ili kvadratni bazen s konusnim, odnosno piramidalnim donjimdijelom. U sredini taložnika je najčešće ugrađen flokulator.

Slika 1.7::11 Vertikalni taložnik1 – zona taloženja; 2 – flokulator; 3 – zona mulja; 4 – dovod; 5 – mlaznice; 6 – sabirni žlijeb; 7 – muljni ispust; 8 – odvod

Koagulirana voda se dovodi u flokulator i sustavom mlaznica jednoliko distribuira. U flokulatoruvoda struji silazno i ulazi u donji dio zone taloženja. Odavde nastavlja uzlazno strujanje premasabirnom žlijebu, odakle se dalje odvodi.

Mulj se skuplja na dnu konusnog dijela i povremeno ispušta. Radi osiguranja gravitacijskogklizanja mulja prema muljnom ispustu, preporuča se izvođenje konusnog dijela pod kutom 50 do55 [º].

Vertikalne taložnike, slika 1.7::11, karakterizira uzlazno kretanje vode.

Srednja (uzlazna) brzina vode u taložniku, vu [m s-1], obično iznosi 5 do 6·10-4 [m s-1]. Ovabrzina osigurava taloženje svih čestica s brzinom taloženja vt > vu.

Površina zone taloženja As definirana je izrazom:

us v

QA (1.7-10)

Visina zone taloženja, Hs, pretežno se uzima 4 do 5 [m], a odnos promjera taložnika, Ds, i visinezone taloženja, Hs, Ds/Hs ≥ 1.5.

Vertikalni taložnici se uglavnom primjenjuju kod uređaja kapaciteta do 30 000 [m3 d-1].

(a) Cijevni i pločasti taložnici su nastali kao rezultat nastojanja da se učinak taloženja približiteoretski očekivanome, te da se vrijeme zadržavanja vode u taložniku, koje je inače prilično dugo uodnosu na druge faze kondicioniranja vode, što više skrati, uz postizanje željenog stupnjataloženja.

Ovi se taložnici grade kao bazeni, slika 1.7::12, u koje se u vidu snopa, pod određenim kutomprema horizontali, ugrađuje sustav cijevi različitog oblika profila (okruglog, četverokutnog,šesterokutnog), ili sustav paralelnih ploča (lamela). Karakteristična dimenzija profila cijevi,odnosno međusobnog razmaka lamela, iznosi reda veličine 5 do 7 [cm].

Kroz ugrađene cijevi ili ploče uzlazno protječe voda opterećena lebdećim česticama i na tom seputu oslobađa znatnog dijela suspenzije za osjetno kraće vrijeme u odnosu na konvencionalnetaložnike.

Također se postiže i optimalnost hidrauličkih parametara. Reynoldsov broj poprima vrijednosti kojebez daljnjega osiguravaju slojevito tečenje, a Froudeov broj se kreće u granicama kod kojih je upotpunosti osigurana stabilnost tečenja.

(3) Taloženje u posebnim (specijalnim) taložnicima odnosi se na taloženje u:

(a) cijevnim i pločastim (lameliranim) taložnicima,

(b) taložnicima s lebdećim muljem.

Slika 1.7::12 Cijevni ili pločasti taložnik1 – dovod; 2 – sustav cijevi ili ploča; 3 – zgrtač mulja; 4 – muljna komora; 5 – muljni ispust; 6 – odvod

Analize i ispitivanja vezani za probleme uklanjanja mulja rezultirali su utvrđivanjem optimalnogkuta nagiba protočnih elemenata u granicama od 45 do 60 [º]. Time je osigurano neprekidnogravitacijsko klizanje mulja.

Duljina protočnih elemenata je približno jednaka dvadeseterostrukoj vrijednosti karakterističnedimenzije protočnog elementa, što u konačnosti rezultira smanjenjem potrebne dubine vode utaložniku ( za oko 30 [%] u odnosu na konvencionalne taložnike).

Površinsko opterećenje, PO, odnosno kritična vertikalna brzina taloženja čestica, vtcr, definirani suizrazom:

sstcr A

QKvPO (1.7-11)

gdje je Ks [1] koeficijent čija vrijednost ovisi o nagibu i duljini protočnih elemenata.

Vrijednost koeficijenta Ks je osjetno manja od jedan. Prema tome, kod cijevnih i pločastih taložnikase postiže višestruko smanjenje kritične brzine taloženja, ili drugim riječima, zadržavanjem istekritične brzine taloženja moguće je višestruko povećati dotok, odnosno višestruko smanjitipovršinu zone taloženja u odnosu na konvencionalne taložnike.

Prednosti cijevnih i pločastih taložnika sadržane su u visokom učinku koji se postiže za osjetnokraće vrijeme, manjem volumenu objekta, pa prema tome i manjim investicijskim troškovima.

(b) Taložnici s lebdećim muljem se danas naširoko koriste u tehnici kondicioniranja vode. Sobzirom na određene posebnosti, ovi se taložnici izvode najčešće pod nazivima (i) akceleratori,(ii) precipitatori i (iii) pulzatori. Njihov rad, slika 1.7:.13, je zasnovan na propuštanju koaguliranevode kroz sloj lebdećeg mulja.

Slika 1.7::13 Načelo rada taložnika s lebdećim muljem1 – taložnik; 2 – zgušnjivač mulja; 3 – dovod; 4 – ispust zgusnutog mulja; 5 – odvod

Koagulirana voda se dovodi u donji dio taložnika i struji uzlazno. Čestice (pahuljice) koagulanta i snjima povučene čestice suspenzije podižu se uzlaznim tokom do trenutka kada njihova brzinataloženja postane jednaka uzlaznoj brzini toka. Pretpostavimo da će se to dogoditi na visini hoiznad dovoda vode. Iznad te razine će se formirati sloj lebdećeg mulja kroz koji će prolaziti i naodređeni se način filtrirati voda. Visina sloja mulja, h1, treba osigurati potreban stupanj taloženja.Ta je visina ograničena i položajem uređaja za oduzimanje mulja koji se uklanja u zgušnjivačmulja.

Voda koja je prošla kroz zonu lebdećeg mulja nastavlja uzlazno strujanje do razine odvoda vode.Visina vode iznad lebdećeg mulja, h2, treba osigurati zadržavanje čestica mutnoće koje su seprovukle kroz sloj mulja i zaštiti površinu lebdećeg mulja od usisavanja suspenzije uređajima zaodvod vode. U sloju mulja odvija se proces sljepljivanja čestica suspenzije s pahuljicamakoagulanta, tj. proces dodirnog zgrušavanja (kontaktne koagulacije).

Ako brzina uzlaznog strujanja premaši brzinu taloženja pri danoj koncentraciji suspenzije, tada ćese ta koncentracija smanjiti, tako da može biti poremećen bilans pridolaženja suspenzije u taložniki uklanjanja njenog viška u zgušnjivač taloga. Tada dolazi do podizanja suspendiranog mulja iiznošenja suspenzije iz taložnika.

Stoga se kod definiranja tehnologije rada ovih taložnika osnovni problem svodi na pravilnoodređivanje visine sloja lebdećeg mulja, h1, i uzlazne brzine vode, vu. Ove veličine za zadanistupanj taloženja ovise o kvaliteti sirove vode i postupcima njene kemijske obrade.

1.7.2. – 5. Procjeđivanje

Procjeđivanje je proces propuštanja vode kroz poroznu sredinu – filtarski materijal.

Primjenjuje se za uklanjanje koloidnih čestica i mikroorganizama (prvenstveno bakterija) koji sunakon procesa taloženja zaostali u vodi, naročito najsitniji koloidi koji se nisu uspjeli slijepiti uflokule, već su proslijedili tokom vode dalje. Kod procjeđivanja će i te čestice zaostati u kontaktu sfiltarskim materijalom.

U vodovodnoj se praksi kao osnovni filtarski materijal primjenjuje kvarcni pijesak.

Proces procjeđivanja se odvija u posebnim objektima – procjeđivačima (filtrima).

(a) mehaničko djelovanje, koje se sastoji u odstranjivanju čestica većih od pora filtarskogmaterijala,

(b) adhezijsko djelovanje, koje se ogleda u prianjanju čestica na površini filtarskog materijala,

(c) adsorpcijsko djelovanje, koje se očituje u pripijanju (na površini filtarskog materijala) česticakoje s vodom prodiru u poroznu sredinu,

(d) taložno djelovanje, koje se sastoji u gravitacijskom izdvajanju čestica koje s vodom prodiru uunutrašnjost filtarskog materijala,

(e) kemijsko djelovanje, koje se očituje u rastavljanju (disociranju) muteži na sitnije dijelove ili unjenom pretvaranju u netopivu masu koja se potom uklanja iz vode,

(f) biološko djelovanje, koje se ogleda u stvaranju biološke opne ili prevlake (filma, membrane)od mikroorganizama.

Ova vrsta pijeska sadrži silicijev dioksid, SiO2, koji vrlo povoljno neutralizira preostale potencijalnesile koloida zaostalih u vodi nakon procesa taloženja.

Na procjeđivanje se dovodi vodu s mutnoćom do 8 (iznimno 16) [°NTU], jer bi veća mutnoćaizazvala prebrzo onečišćenje filtarskog materijala, odnosno potrebu njegovog vrlo čestog pranja(čišćenja).

Procjeđivanje je složen proces koji objedinjuje:

Ovisno o načinu kretanja vode kroz filtarski materijal, procjeđivači se dijele na:

(I) gravitacijske procjeđivače,

(II) tlačne procjeđivače,

(III) vakuumske procjeđivače.

(I) Gravitacijski procjeđivači su otvoreni spremnici u kojima se iznad filtarskog sloja nalazi voda saslobodnim vodnim licem, slika 1.7::14. Procjeđivanje nastaje zbog djelovanja sile teže pri visinskojrazlici dovoda i odvoda vode na filtru.

Slika 1.7::14 Shema gravitacijskog procjeđivača1 – dovod vode nakon taloženja; 2 – filtarski sloj; 3 – drenaža; 4 – odvod filtrirane vode

(II) Tlačni procjeđivači su zatvoreni (čelični) cilindrični spremnici u koje se voda dovodi pod tlakom.Procjeđivanje nastaje zbog razlike tlaka na dovodu i odvodu vode.

(III) Vakuumski procjeđivači su vrsta procjeđivača kod kojih na odvodu vlada potlak.

Kod kondicioniranja vode, naročito ako se radi o uređajima većih kapaciteta, najčešće seprimjenjuju gravitacijski procjeđivači.

Ovi procjeđivači će se jedino i opisivati u nastavku.

▪ ▪ ▪

Gravitacijsko procjeđivanje se odvija u filtrima koji se grade kao otvoreni armiranobetonskispremnici u čijem je donjem dijelu smješten drenažni sustav (drenaža) za odvod filtrirane vode,slika 1.7:.14. Na drenažni se sustav polaže sloj filtarskog materijala. Voda koja je prošla procestaloženja dovodi se na filtarski materijal i silaznim tokom procjeđuje.

Osnovni parametri koji se određuju prilikom proračuna procjeđivanja, odnosno kod projektiranjaprocjeđivača, jesu:

(a) brzina procjeđivanja,

(b) dopušteni hidraulički gubici na procjeđivaču,

(c) optimalno vrijeme rada procjeđivača između dva pranja, odnosno čišćenja.

(a) Brzina procjeđivanja, vf [m h-1], definirana je izrazom:

ff A

Qv (1.7-12)

gdje su:

Q - dotok na procjeđivač, [m3 h-1],

Af - površina procjeđivača, [m2].

Dakle, pod brzinom procjeđivanja se ne podrazumijeva stvarna brzina vode u porama filtarskogmaterijala, nego vertikalna brzina stupca vode koja prolazi filtrom.

(b) Dopušteni hidraulički gubici na procjeđivaču, ∆Hf [m], ograničeni su razlikom razine vode uprocjeđivaču i u spremniku čiste vode. Ovi gubici, osim gubitaka zbog procjeđivanja vode, ∆Hfp[m], uključuju linijske i lokalne gubitke zbog tečenja vode kroz vodovodne cijevi i armature kojimase filtrirana voda odvodi do spremnika čiste vode.

Hidraulički gubici, ∆Hfp, slika 1.7::15, prvenstveno ovise o osobinama filtarskog materijala (debljinisloja, poroznosti, dimenzijama i postotku udjela pojedinih frakcija), zatim o brzini procjeđivanja,viskoznosti vode i gravitacijskom djelovanju.

Slika 1.7::15 Prikaz tlačnih gubitaka kod gravitacijskog procjeđivanja

Osobine filtarskog materijala kvantificiraju se sa sljedeća dva parametra:

(i) efektivnim promjerom,

(ii) koeficijentom jednolikosti (koeficijentom uniformnosti).

(i) Efektivni promjer, de [mm] definiran je izrazom:

10dde (1.7-13)

(ii) Koeficijent jednolikosti, Ku [1] definiran je odnosom:

10

60

ddKu (1.7-14)

gdje su:

d10 - promjer zrna filtarskog materijala koji odgovara 10 [%] frakciji, [mm],

d60 - promjer zrna filtarskog materijala koji odgovara 60 [%] frakciji, [mm].

Ove se veličine očitavaju s granulometrijske krivulje filtarskog materijala.

Proračun spomenutih hidrauličkih gubitaka je relativno opsežan i složen, tako da se ovdje nećeiznositi.

(c) Optimalno vrijeme rada procjeđivača određuje se iz dva uvjeta.

(i) Prvi uvjet se odnosi na onečišćenje filtarskog materijala, zbog čega u procesu procjeđivanjapostupno dolazi do smanjenja poroznosti filtarske ispune, odnosno do začepljenja pora, a time i dodo povećanja hidrauličkih gubitaka, slika 1.7::16(a), što nazivamo kolmatacijom. Ti se gubicipovećavaju kroz razdoblje, Tn [h], tokom kojega njihova vrijednost dosegne vrijednost raspoloživogtlaka.

(ii) Drugi uvjet se odnosi na činjenicu da porastom onečišćenja filtarskog materijala dolazi dopovećanja brzine vode u porama, što dovodi do djelomičnog iznošenja čestica suspenzije koje suse prethodno zadržale u porama. Kao rezultat toga počinje se pogoršavati kvaliteta filtrirane vode.

Slika 1.7::16 Određivanje optimalnog vremena rada procjeđivača(a) prema kriteriju dopuštenih hidrauličkih gubitaka; (b) prema kriteriju tražene kvalitete filtrirane vode

1 – promjena hidrauličkih gubitaka; 2 – promjena mutnoće

(∆Hf)max – najviše dopušteni hidraulički gubici

Dakle, prema drugom kriteriju trajanja rada filtra između dva pranja je razdoblje, Tz [h], tokomkojega se garantira tražena kvaliteta filtrirane vode, slika 1.7:16(b).

Obje vrijednosti, Tn i Tz, ovise o brzini procjeđivanja, kvaliteti vode i osobinama suspenzije ifiltarskog materijala.

U slučaju najekonomičnije projektiranog filtra vrijedi jednakost::

nz TT (1.7-15)

Međutim, radi osiguranja zdravstvene ispravnosti filtrirane vode poželjno je da Tz bude nešto većeod Tn , odnosno preporuča se uzeti:

nz TdoT )5.12.1( (1.7-16)

Time su definirani temeljni parametri procesa procjeđivanja.

Po karakteru mehanizma zadržavanja suspendiranih čestica moguće je razlikovati:

(1) sporo procjeđivanje,

(2) brzo procjeđivanje.

(1) Sporo procjeđivanje nastaje procjeđivanjem kroz biološku opnu koju obrazuju mikroorganizmina površini filtarskog sloja. Zato se ono naziva i površinsko procjeđivanje.

Proces sporog procjeđivanja se odvija na sporim procjeđivačima, koji se primjenjuju za filtriranjenekoagulirane vode koja sadrži nisku mutnoću (rijetko preko 8 [°NTU]). Rade pri malim brzinamaprocjeđivanja, obično 0.1 do 0.3 (najčešće 0.2) [m h-1] i kapaciteta do 1 000 [m3 d-1]. Zato im jepotrebna velika površina, što uvjetuje relativno visoke investicijske troškove.

Odlika im je vrlo visoko smanjenje mutnoće i veliki postotak zadržavanja bakterija (98 do 99 [%]).

Nedostaci sporih procjeđivača su, uz visoke troškove izgradnje, vrlo složen, skup i sa sanitarnogaspekta nesavršen način čišćenja.

Kao što je istaknuto, rad sporih procjeđivača zasniva se na filtriranju nekoagulirane vode krozbiološku membranu, na kojoj se zadržavaju samo one čestice čije su dimenzije veće od poraopne, dok pješčani filtarski sloj služi kao oslonac za sakupljanje koloida i mikroorganizama nanjegovoj površini.

Učinak pročišćavanja se povećava proporcionalno formiranju biološke opne nad filtarskim slojem.

Sakupljanje filtrirane vode provodi se pomoću žlijeba ugrađenog na dnu procjeđivača. Kod većihfiltarskih površina izvodi se drenažni sustav, najčešće od perforiranih cijevi.

Preporučljive vrijednosti temeljnih parametra sporih procjeđivača jesu:

(a) efektivni promjer, de = 0.25 do 0.35 [mm],

(b) koeficijent jednolikosti, Ku ≤ 2.75,

(c) početna debljina potpornog (filtarskog) sloja, hf ≈ 1.5 [m],

(d) dubina vode iznad filtarskog sloja, hv ≈ 1.2 [m].

Mala brzina procjeđivanja i male dimenzije čestica suspenzije uzrokuju relativno sporo sazrijevanjebiološke opne (1 do 2 dana), dok normalno vrijeme rada sporih procjeđivača (od završetkasazrijevanja opne do čišćenja) iznosi obično 2 (4) mjeseca. Prilikom čišćenja filtra skida seonečišćeni površinski sloj pijeska debljine 1 do 2 [cm], sve dok se debljina filtarskog sloja nesmanji na 0.75 [m]. Tada se sav prethodno odstranjen pijesak opere i vrati na filtar.

Zbog relativno velike površine sporih procjeđivača, njihovo čišćenje je složen i skup postupak kojimože potrajati i dan – dva. Stoga se uvijek grade barem dvije filtarske jedinice koje se, radikontinuiteta vodoopskrbe, čiste odvojeno.

(2) Brzo procjeđivanje nastaje procjeđivanjem kroz cijeli filtarski sloj. Zato se ono naziva i dubinskoprocjeđivanje.

Proces brzog procjeđivanja se odvija na brzim procjeđivačima koji se primjenjuju za filtriranje vodekoja je prošla proces taloženja i ima mutnoću najviše 8 [°NTU]. Rade pri relativno velikim brzinamaprocjeđivanja, obično 5 do 7 (iznimno 15) [m h-1], ovisno o granulometrijskim osobinama filtarskogsloja i vrsti procjeđivača. Zbog velike brzine filtriranja, potrebna površina ovih procjeđivača jevišestruko manja u odnosu na spore.

Međutim, s druge strane, kod brzih je filtara prisutno znatno brže onečišćenje, a time i potrebanjihovog češćeg pranja (u prosjeku 1 do 2 puta dnevno).

Na slici 1.7::17 dana je načelna shema rada brzih procjeđivača.

Slika 1.7::17 Shema rada brzih procjeđivača(a) faza procjeđivanja; (b) faza pranja

1 – dovodni žlijeb vode namijenjene procjeđivanju; 2 – filtarski sloj; 3 – sapnice; 4 – sabirni kanal filtrirane vode i dovodni kanal vode za pranje; 5 – odvodni žlijeb vode od pranja

Posredstvom žlijeba, slika 1.7::17(a), voda namijenjena procjeđivanju ravnomjerno se raspoređujeiznad filtarskog sloja i filtrirajući prolazi tim slojem.

Filtarski je sloj položen na nosivu konstrukciju, najčešće montažne armiranobetonske ploče, u kojeje ugrađen sistem sapnica, obično 64 sapnice po [m2]. Kroz sapnice se voda procjeđuje u donji diobazena.

Filtrirana voda se zatim sakuplja u sabirnom kanalu i odvodi glavnim kanalom (cjevovodom) premaspremniku čiste vode.

Preporučljive vrijednosti temeljnih parametara brzih procjeđivača jesu:

(a) efektivni promjer, de = 0.45 do 0.55 [mm],

(b) koeficijent jednolikosti, Ku = 1.5 do 1.7,

(c) debljina filtarskog sloja, hf ≈ 0.7 do 0.8 [m],

(d) dubina vode iznad filtarskog sloja, hv ≈ 0.7 do 1.0 [m].

Kada dođe do onečišćenja filtra, odnosno maksimalno dopuštenog gubitka tlaka (reda veličine1.5 [m] vodnog stupca), pristupa se njegovom isključenju iz rada i pranju, slika 1.7::17(b).

Pranje se može provesti pomoću vode ili u kombinaciji vode i zraka.

Drugi način pranja je češći.

Pranje filtra pomoću vode i zraka zasniva se na naizmjeničnom dovođenju čiste vode i zajednovode i zraka pod određenim tlakom u donji dio bazena, zbog čega nastaje uzlazno strujanje krozsustav sapnica i filtarski sloj.

Radi što ravnomjernije raspodjele vode i zraka, sapnice imaju najznačajniju ulogu upravo kodpranja filtra, slika 1.7::18.

Slika 1.7::18 Sapnica(a) izgled; (b) načelo rada za vrijeme pranja

1 – glava; 2 – drška; 3 – navoj; 4 – prorezi

Izvode se kao plastične (najčešće) i metalne, a sastoje se od drške i glave. Na dršci je navoj, radiugradnje sapnice u armiranobetonsko dno, i otvor na gornjem dijelu, te prorez na donjem. Glavase izvodi sa sistemom proreza čije dimenzije (obično 0.35 do 0.70 [mm]) moraju onemogućitiiznošenje filtarskog materijala u fazi rada filtra.

Kroz te se proreze procjeđuje voda u procesu rada procjeđivača, a upušta voda i zrak u fazinjegovog pranja.

Pranje obično traje 5 do 7 [min]. Najprije se pusti voda u trajanju 2 [min], zatim zajedno voda i zraku trajanju 2 do 3 [min], i na kraju, radi ispiranja, voda u trajanju 1 do 2 [min].

Orijentacijske vrijednosti potrebnih količina zraka i vode za pranje brzog filtra jesu:

- zraka, 1.0 [m3 h-1 sapnici-1],

- vode, 0.3 [m3 h-1 sapnici-1].

Voda od pranja odvodi se sabirnim žlijebom i ispušta u kanalizaciju. Preljevni rub žlijeba mora bitismješten na takvoj visini iznad površine filtarskog sloja da se pijesak prilikom pranja ne moževodom za ispiranje iznijeti u žlijeb.

Radi neprekidnosti rada uređaja za kondicioniranje vode, uvijek se izvodi više filtarskih jedinicakoje se peru odvojeno.

Zrak za pranje osigurava se kompresorom, čiji kapacitet ovisi o broju sapnica na filtarskimjedinicama pri njihovom istovremenom pranju, dok je potreban tlak zraka cca 0.5 [bar], mjereno odpovršine filtarskog sloja.

Čista voda za pranje procjeđivača osigurava se u posebnoj vodospremi, odakle se pod tlakom odcca 0.5 [bar] (u odnosu na površinu filtarskog sloja) dovodi zasebnim cjevovodom do filtarskogbazena.

Volumen vodospreme namijenjene za pranje procjeđivača ovisi o broju filtarskih jedinica koje sednevno peru.

Prema tome, u procesu procjeđivanja dolazi do određenog gubitka vode, koji nastaje kaoposljedica pranja filtarskog sloja čistom (filtriranom) vodom.

Ovaj gubitak vode kod optimalno projektiranih procjeđivača obično iznosi 3 do 5 [%] filtriranekoličine. To je potrebno imati na umu kod hidrauličkog dimenzioniranja procjeđivača, odnosnoprilikom određivanja njihovog kapaciteta.

Cjelokupan pogon brzih procjeđivača odvija se posredstvom automatskih regulatora i registratorarada njihovih pogonskih elemenata.

▪ ▪ ▪

Nastavak prethodno opisanog procesa gravitacijskog procjeđivanja predstavljaju procesimembranskog procjeđivanja (membranske filtracije) u kojima se koristi svojstvo polupropusnihsredina (membrana).

Princip funkcioniranja membrana je takav da se voda namijenjena filtriranju, Q , dovodi u nosivielement (membransko kućište) u kojemu se nalaze membrane. Na membranama se razdvajafiltrirana voda – filtrat (permeat), Qf , koja je prošla kroz membrane, i izdvojene otpadne tvari(retenat), Qo, koje se zaustavljaju na membrani i odstranjuju, slika 1.7::19.

Q = Qf + Qo

Qf ˂ Q

Slika 1.7::19 Princip (poprečno – protočne) membranske filtracije

Područje djelovanja procesa membranske filtracije prvenstveno ovisi o veličini čestica (tvari) kojetreba izdvojiti iz vode, slika 1.7::20.

Slika 1.7::20 Klasifikacija čestica u odnosu na veličinu i postupak odvajanja (separacije)

Prema slici razlikuju se četiri postupka odvajanja membranama:

(1) mikroprocjeđivanje (mikrofiltracija), MP (MF), s membranama veličine pora(otvora) 0.1 do 10 [μm];

(2) ultraprocjeđivanje (ultrafiltracija), UP (UF), s membranama veličine pora0.001 [μm] = 1.0 [nm] do 0.1 [μm];

(3) nanoprocjeđivanje (nanofiltracija), NP (NF), s membranama veličine otvora0.4 [nm] do 5.0 [nm];

(4) reverzna osmoza, RO, s membranama veličine pora 0.1 [nm] do 1.0 [nm].

Dakle, podjela je učinjena u funkciji veličine čestica (tvari) raspršenih (suspendiranih) i otopljenih uvodi koje mogu biti uklonjene posredstvom membrana.

RO i NP se pretežno primjenjuju za izdvajanje otopljenih mineralnih i organskih tvari, a UP i MP zauklanjanje suspendiranih čestica i mikroorganizama.

Postupci separacije tvari iz vode bazirani su na razlici tlaka pri prolasu vode kroz membranu. KodMP i UP tipične vrijednosti tlakova su 1.0 do 2.5 [bara], kod NP se koriste tlakovi 6 do 14 [bara],dok kod RO uobičajeno vrijednosti tlakova iznose 7 do 20 (80) [bara].

Kao materijali za izradu membrana danas se najčešće koriste:

(i) polimeri (npr. polipropilen, PP; polietersulfon, PES; polisulfon, PS; poliviniliden, PVDF),

(ii) metali (npr. aluminij, cirkonij, titanij, nikal),

(iii) keramika.

Membrane se proizvode u obliku poroznih (šupljih) cjevčica – vlakana i višeslojnih folija, ugrađenihu kućište s kojim oblikuju modul procjeđivanja (modul filtracije).

Moduli filtracije se najčešće proizvode kao, slika 1.7::21:

(a) cijevni moduli, s membranama postavljenim unutar više perforiranih cijevi ugrađenih u tlačnokućište,

(b) moduli spiralno namotanih membrana, sa spiralno namotanim membranama oko središnjecijevi,

(c) moduli sa šupljim vlaknima, s membranama od više stotina tisuća šupljih vlakana ugrađenih utlačnu cijev (kućište).

Slika 1.7::21 Moduli filtracije(a) cijevni modul; (b) modul spiralno namotanih membrana; (c) modul sa šupljim vlaknima

(a) (b) (c)

1.7.2. – 6. Dezinfekcija

Procesima taloženja i filtracije znatno se smanjuje količina mikroorganizama u vodi, ali to još neznači da su oni potpuno uklonjeni.

Za njihovo se uklanjanje primjenjuje dezinfekcija.

Njome se ne postiže potpuno uništenje svih živih mikroorganizama u vodi kao npr. sterilizacijom,već je svrha dezinfekcije da vodu u bakteriološkom pogledu učini zdravstveno ispravnom(sigurnom).

Stoga je zadaća dezinfekcije uništenje infektivnih mikroorganizama, u prvom redu intestinalnih ifekalnih vrsta bakterija.

Dezinfekcija je obično posljednji proces prilikom kondicioniranja vode, a ponekad i jedini, aliobavezan.

Od postupaka dezinfekcije pitkih voda danas su najrasprostranjeniji:

(1) dezinfekcija klorom i njegovim derivatima,

(2) dezinfekcija ozonom,

(3) dezinfekcija ultraljubičastim zrakama.

(1) Dezinfekcija klorom i njegovim derivatima ogleda se prvenstveno u pobijanju bakterija, zatimodređenih vrsta virusa i parazita, oksidaciji organske i anorganske tvari, te suzbijanju okusa istranih mirisa vode.

U suvremenoj praksi kondicioniranja pitkih voda ovaj se postupak najčešće primjenjuje.

Baktericidno svojstvo klora zasniva se na razaranju enzima koji pretvaraju škrob u šećer i koji suprijeko potrebni za život mikroorganizama.

Najčešće se koristi plinoviti klor ili hipoklorit natrija, te hipoklorit kalcija.

Klor je pogodan kao dezinfekcijsko sredstvo zbog učinka koji postiže u relativno kratkom vremenui uz prihvatljive troškove. Međutim, klor može uzrokovati neugodan miris vode.

Potrebna doza klora ovisi o ukupnoj organskoj i anorganskoj tvari u vodi koja oksidira. Pokazateljklorne doze je količina neutrošenog, tzv. slobodnog (rezidualnog) klora koji ostaje u vodi nakonizvršene oksidacije organske i anorganske tvari. Prema tome, u procesu dezinfekcije se doza kloraneprekidno povećava dok se u kloriranoj vodi ne pojavi rezidualni klor (najviše 0.5 [mg l-1]).

Orijentacijska doza klora kod pitkih voda iznosi 0.5 do 1.0 [mg l-1] uz vrijeme kontakta oko 30 [min].

(2) Dezinfekcija ozonom zasniva se na propuštanju kroz vodu ozona, tj. zraka u kojemu je kisikuslijed električnog pražnjenja proveden u triatomni oblik – O3.

Ozon se dobiva tako da se struja čistog i suhog zraka propušta između dviju elektroda s razlikompotencijala od 10 000 do 20 000 [V]. Zbog nepostojanosti toga oblika, ozon brzo prelazi u kisik –O2, a atom kisika koji se pri tome oslobađa djeluje kao jaki oksidant na protoplazmumikroorganizama koji se nalaze u vodi i ubija ih.

Ozon je vrlo pogodan za dezinfekciju pitkih voda jer nema neugodnog mirisa ni otrovnogdjelovanja, ali su troškovi poslovanja uređaja s ozonom danas još uvijek relativno vrlo visoki.

Potrebna doza ozona za dezinfekciju čiste vode je oko 1 [mg l-1], a vrijeme kontakta ozona svodom iznosi oko 5 [min].

(3) Dezinfekcija ultraljubičastim zrakama sastoji se u uništenju bakterija u vodi izloženoj zračenjuultraljubičastim zrakama. Njihovo baktericidno djelovanje je kod valnih duljina od 200 do 300 [nm],a maksimalno kod 250 [nm].

Proizvode se u žaruljama sa živinim parama pod malim tlakom. Snaga žarulje je do 200 [W], avijek trajanja 2 000 do 4 000 [h].

Voda podvrgnuta postupku dezinfekcije ultraljubičastim zrakama mora biti savršeno čista i kružitioko žarulje u tankom sloju.

Prednost ovog postupka dezinfekcije je relativno jednostavan pogon i nepromijenjen okus vode, anedostatak je sadržan u potrebi visokog prethodnog stupnja kondicioniranja vode.