ВИША ТЕХНОЛОШКА ШКОЛА У ШАПЦУ Одсек: Хемијска технологија

Никола Белобаба

ПОСТРОЈЕЊЕ ЗА ПРЕЧИШЋАВАЊЕ ОТПАДНИХ ВОДА

ДИПЛОМСКИ РАД

Шабац, септембар 2006.

ВИША ТЕХНОЛОШКА ШКОЛА У ШАПЦУОдсек: Хемијска технологија

ПОСТРОЈЕЊЕ ЗА ПРЕЧИШЋАВАЊЕ ОТПАДНИХ ВОДА

ДИПЛОМСКИ РАД

Студент: Ментор:Никола Белобаба Мр Славица ИлићИндекс бр:71/03

Шабац, септембар 2006

ЕВРОПСКА ПОВЕЉА О ВОДИ

Вода не познаје границе.

Вода је људски проблем.

Без воде нема живота. Она је драгоцено добро,неопходно у свакој људској делатности.

Слатководни ресурси воде нису неисцрпни. Неопходно их је сачувати, контролисати и ако је могуће повећати.

Мењати каквоћу воде значи угрожавати живот човека и осталих живих бића која од ње зависе.

Квалитет воде мора се очувати до нивоа прилагођеног њеном коришћењу, који предвиђа и задовољава посебне захтеве народног здравља.

Ако се вода по употреби враћа у природну средину, то не сме бити на штету других корисника, било јавних било приватних.

Одржавање одговарајућег биљног покривача, првенствено шумског, од велике је важности за конзервисање водених ресурса.

Водени ресурси морају бити предмет инвестирања.

Добро управљање водом мора бити предмет једног плана озакоњеног преко надлежних власти.

Заштита воде тражи заједнички напор у научном истрживању, у формирању специјалиста за јавне информације.

Вода је опште наследство, чију вредност морају сви познавати. Задатак је сваког да с’њом економише и да је брижљиво користи.

Управљање воденим ресурсима мора се, пре свега, вршити у оквиру слива, а не унутар управних и политичких граница.

Вода не зна за границе. То је један општи извор који тражи међународну сарадњу.

1

УВОД

Вода представља један од највећих услова опстанка и живота човека на Земљи. Она заузима посебно место међу многобројним еколошким факторима, неопходним за живот и здравље човека . Вода, у животу човека, игра веома важну улогу, пре свега, као неопходна животна намирница. Реч је о води одређеног састава и квалитета. Измењени показатељи квалитета и хигијенске исправности воде за пиће и друге потребе, непосредно или посредно угрожавају живот и здравље човека. Осим што угрожавају здравствено стање, они утичу на квалитет живота и привређивања људи.

Вода је такође значајна и код примарне производње хране. Користи се за наводњавање, посебно у сушним подручјима. Вода за наводњавање треба да је без присуства токсичних материја, посебно тешких метала и органских компонената. Вода се користи за узгој риба и шкољки тако да ова производња представња веома значајну привредну грану. За ове потребе вода мора да буде одређеног клвалитета. Узгој шкољки је посебно осетљив на токсичне материје, тако да вода (морска) треба да је високе чистоће.

Под здравом и питком водом подразумева се она вода, која у себи не садржи токсине, патогене микроорганизме, која је бистра, без мириса и боје, нормалног укуса и нормалне температуре и у којој концетрација садржаних радионуклида не прелази граничну вредност. Она мора бити добрих органолептичких особина и са адекватним садржајем микро и макроелемената. Прецизније речено: да би вода могла да се користи за пиће, она мора да има такве физичке, хемијске и микробиолошке особине да, ни при дуготрајној употреби, не долази до оштећења организама или болести.

Светска здравствена организација (WHO) препоручује две врсте стандарда –интернационалне и европске. Очигледно је да се настоји да се у Европи и развијеним земљама, примењују строжији критеријуми од оних у земљама у развоју.

По препоруци WHO вода за пиће мора бити без хемијских супстанци и микроорганизама, који здравље могу довести у опасност. Поред тога, она мора да има и одређена физичка својства: температуру, мутноћу, мирис и укус, да није кородивна, да је питка и да није скупа. Захват воде, резервоари и водоводна мрежа морају бити такви да онемогућавају свако накнадно загађивање воде за пиће.

Мало је воде идеалног квалитета. Надаље, не постоји ни технологија којом бисмо воду могли, да доведемо у идеално стање. Коначно, до сада није утврђено шта је то идеална вода и које су методе за детекцију и одређивање идеалних својстава воде. Сва негативна дејства на воду проузрокују значајне промене у квалитету и хигијенској исправности воде, што умањује физиолошки, здравствени, хигијенски, епидемиолошки, одрамбени, рекреативни, привредни и други значај воде за живот и здравље човека.

2

1. О ВОДИ УОПШТЕ

1.1. ВОДА У ПРИРОДИ

Вода покрива земљину површину и прожима земљину кору. Присутна је у атмосфери, хидросфери, криосфери (лед на половима и високим планинама), биосфери и литосфери.

Највећи део земљине површине, 70,8 [%], прекривен је сланим водама океана и мора. Просечан салинитет слане воде је 3,5 [%] што значи да у сваком кубном километру воде има 36 x106 [t] чврсте материје.

Према литературним подацима, а на основу неких прорачуна који се могу условно прихватити као релативно тачни, сматра се да укупна количина воде на планети Земљи износи 15 x 108 [км3]. Под економским прихватљивим условима, ова маса воде је потпуно недоступна за употребу.

Од укупне количине воде 2,53 [%] припада слатким водама, од чега 70 [%] отпада на лед Артика, Антартика и ледника. Око 30 [%] слатке воде налази се у водопропустним стенама које су важан резервоар воде. Количина подземних вода је 3000 пута већа од количине воде у свим рекама. Овај податак указује да је подземна вода веома значајна за водоснабдевање насеља, о чему треба водити рачуна.

Атмосферским падавинама вода се на Земљи обнавља. Величина падавина зависи од многих фактора, од географске ширине и дужине, надморске висине, морфологије терена, близине мора...Поред географске неравномерности у расподели падавина, присутна је неравномерност у времену, од годишњих доба. Количина падавина такође се мења у вишегодишњим периодима, те се говори о временском циклусу.

Због неуједначене расподеле воде на Земљи, водоснабдевање становништва није равномерно. Најмање су водом обезбеђени аридни и полуаридни појасеви Индије, Авганистана, Монголије, многе земље Африке, Америке и Европе, односно око трећина становника осећа недостатак питке и употребљиве чисте воде.

1.1.1. КРУЖНИ ТОК ВОДЕ У ПРИРОДИ

Вода у природи непрeкидно кружи, при чему се затвара тзв. хидролошки циклус (слика 1.1.). Испаравања воде са водених површина, тла и вегетације врши се под утицајем сунчеве енергије и ветра. Испарена вода одлази у атмосферу формирајући облаке, из којих се у виду падавина поново враћа на Земљу (киша, лед, снег) одакле или поново испарава натраг у атмосферу под дејством сунчеве светлости, или се упија у површинске слојеве земље и затим испарава, или се слива у површинске водне ресурсе и на крају може да продире у дубље слојеве земље док не дође до водонепропустљивих слојева у којима образује подземне акумулације воде из којих се може експлоатисати црпљењем, или из којих поново доспева на површину земље (врела, бунари...). Део воде остаје на површини земље у чврстом стању (вечити снег, поларни лед, глечери...) тако да се привремено за дужи период издваја из хидролошког циклуса, и самим тим, губи као потенцијално извориште за водоснабдевање.

Кружење воде у природи описује се једначином воденог биланса:

где је: - атмосферске падавине; - испаравање;

– отицај (површински и подземни).Глобално посматрано, укупна количина падавина је једнака количини испарене

воде плус отицај. Међутим, дистрибуција падавина и испарења није једнака изнад мора, океана и копна. Са мора и океана више испари воде, а мање се враћа у виду падавина, док је изнад копна обратно.

3

С

лика 1.1.: Кружни ток воде у природи - хидролошки циклус.

1.1.2. ЈЕДНАЧИНА ХИДРОЛОШКОГ БИЛАНСА

За потрошњу у индустрији и домаћинству вода се добија из различитих извора: језера, река, бунара... Коришћење воде из мора још увек је незнатно, сем за случајеве хлађења бродских мотора, јер је обрада морске воде због њеног састава веома скупа.Расположива вода у изворишту, односно у воденом ресурсу, не сме се користити у неограниченим количинама. Количина воде која се у датом интервалу времена (t) може узети из неког изворишта се може одредити на основу тзв. jедначине хидролошког биланса, која гласи:

где je: – укупна количина воде узета из изворишта у времену t,

– новоприспела вода у извориште у времену t,Еt - количина воде враћена у извориште у времену t, као отпадна вода,

– губици воде у времену t евапотранспирацијом,

– губици воде у времену t путем истицања (потоци, канали и сл.),

– нето промена резерви воде у изворишту (подземном или надземном) природним или вештачким путем.

– нето количина воде узете из изворишта;- нето количина воде која пристиже у

извориште у датом временском интервалу времена,

4

1.2. ПОДЕЛА ВОДЕ

Воде се могу поделити према:

Месту појаве у природи:1. Атмосферске (падавинске) - киша, снег, магла, иње, град, роса2. Површинске – реке, потоци, природна језера3. Подземне – пукотинске, минералне4. Кристалне – хемијски везана5. Хидратационе.

Садржају растворених соли: 1.Слане

2. Слатке.

Степену пречишћености:1. Сирова вода (без пречишћавања)2. Чиста вода (механички пречишћена)3. Омекшана вода (делимично или потпуно ; хемијским поступцима, нпр.

сода-креч метода, јонска измена, термичка обрада)4. Дестилована вода5. Кондезна вода (вода добијена кондензацијом водене паре након примене

за загревање или из парних машина)6. Деферизована вода (вода из које је уклоњено растворено гвожђе)7. Декатјонизована вода (вода из које су мењачима јона уклоњени сви

катјони осим водониковог)8. Деминерализована вода (вода без соли)9. Отпадна вода.

Употреби:1. Вода за пиће2. Вода за прање3. Вода за технолошки процес4. Вода за хлађење5. Вода за парне котлове.

Приликом подела, према употреби, може се ићи и на рашчлањавање вода, зависно од захтева који се пред њих постављају. Тако, на пример, код вода за технолошки процес може се направити подела према врстама индустријске производње (вода за хемијску индустрију, вода за прехрамбену индустрију...)

1.3. САСТАВ ПРИРОДНИХ ВОДА

1.3.1. САСТОЈЦИ КОЈИ СЕ НОРМАЛНО СРЕЋУ У ВОДИ

Воде, из различитих изворишта, међусобно се могу разликовати, јер вода у природи долази у додир са различитим супстанцама.

Састојци у природним водама су разноврсни.

Порекло појединих састојака воде: Растворени гасови . Кисеоник, азот и угљендиоксид најчешће доспевају у воду

непосредним растварњем, приликом проласка капи кише, пахуљица снега... кроз атмосферу. Настају и приликом кондензације, нпр. росе. Садржај кисеоника зависи од више фактора (годишњег доба, дубине воде, активности микро и макроорганизама, услова реакције), а снижење концетрације може да укаже на загађење воде. Амонијак

5

обично доспева у воду приликом њеног контакта са органским супстанцама, у фази распадања. Његово присуство у води, најчешће је знак фекалног загађења воде. Последица је њеног додира са угинулним животињским организмима или онечишћењима из комуналних отпадних вода.

Органске супстанце . Ове супстанце најчешће улазе у воду на сличан начин као и амонијак. Оне су последица микробиолошког распадања биљних и животињских организама. Од органских материја, у природним водама, најраспрострањенија су хумусна једињења. То су нерастворни хумини, хуминске киселине и други производи распадања сложених материја.

Суспендоване честице . Најчешће се јављају у површинским водама. У њих доспевају испирањем из земљишта или ерозивним деловањем воде у водотоковима. У неким случајевима може доћи и до замућења подземних вода суспендованим честицама. Тако на пример, приликом обилних кишних падавина, у крашким пределима, или приликом земљотреса и слично.

Растворене соли . Највећим делом, доспевају у воду путем непосредног растварања минерала из Земљине коре. На овај начин се у води јавља већина соли алкалних метала, сулфати и хлориди калцијума и магнезијума. С друге стране, соли могу настати као последица метаболичких активности микроорганизама, биљака и животиња ( нпр. нитрати).

На основу хемијског састава воде из подземља, одговарајући стручњаци (хидрогеолози) често извлаче закључке о саставу слојева земљине коре са којима је вода долазила у додир, или путевима кретања воде у подземљу.

1.3.2. КЛАСИФИКАЦИЈА ПРИРОДНИХ ВОДА

Заштита водних ресурса је од великог значаја не само са аспекта очувања здраве животне средине, него и са аспекта снабдевања свих области људске делатности водом. Полазећи од тога, законодавство у скоро свим земљама регулише квалитет сирових и обрађених вода, нарочито вода за пиће.

Воде међународних водотока и међудржавне воде, осим минералних и термалних вода, према њиховој намени и степену чистоће , разврставају се у четири класе:

1. Прва класа – воде које се у природном стању, уз евентуалну дензифекцију, могу употребљавати за пиће и у прехрамбеној индустрији, а површинске воде и за гајење племенитих врста риба.

2. Друга класа – воде које се у природном стању могу употребљавати за купање и рекреацију грађана, за спортове на води, за гајење других врста риба, или које се уз уобичајне методе обраде могу употребљавати за пиће и у прехрамбеној индустрији.

3. Трећа класа – воде које се могу употребљавати за наводњавање, а после уобичајних метода обраде и у индустрији, осим у прехрамбеној индустрији.

4. Четврта класа – воде које се могу употребљавати за друге намене само после одговарајуће обраде.

1.4. ЗАГАЂИВАЊЕ ПРИРОДНИХ ВОДА

Природној води прети: Загађење радиоактивним материјама Непредвиђени број хемијских загађења Велики обим биолошког загађењаОд количине и врсте примеса, зависе хемијске, физичке и микробиолошке

карактеристике воде и степен њене употребљивости.Физичке особине су веома значајне, јер се лако утврђују чак и нашим чулима, а

у случају незадовољавајућих физичких особина, може се посумњати у квалитет воде и у њену епидемиолошку страну. У загађеној води промењене су следеће физичке особине: боја, мирис, укус, мутноћа и температура.

6

Штетне материје у води мењају следеће хемијске особине воде: тврдоћу, садржај гасова, тешких метала, гвожђа, азотних једињења, сулфата, хлорида, силицијумове киселине, суви остатак, потрошњу кисеоника, pH.

У загађеној води повећан је садржај микроорганизама (Табела 1.1.).

Табела 1.1 : Врсте микроорганизама које вода најчешће садржи [1] Врсте микроорганизама у водиБактерије патогене ; условно патогене; сапрофитне Вируси ентеровирусиПаразити цисте дизентеричне; јаја дечије и рударске глисте

Загађена вода је мање погодна за коришћење, него што је била у свом природном стању.

У свету се годишње користи око 3600 кубних километара воде. Привреда троши 67[%], индустрија 27[%] а становништво 6[%]. После употребе наведене количине воде, на отпадне воде отпада 50[%].

Најзначајније количине отпадних вода потичу из насеља, индустрије, пољопривреде и сточарства при чему највеће укупно загађење емитује индустрија.

Загађење подземних вода – изворишта која се налазе испод површине земље, се теже запажа и то, тек онда када је извршена хемијска и бактериолошка анализа. Оне се угрожавају на различите начине: отпадним водама, одлагањем смећа и отпадних материја ван депонија, формирањем депонија на земљишту које се налази изнад изворишта, неисправним септичним јамама, распадањем веће количине стајског или вештачког ђубрива или пестицида. Продукти разградње биљних и животињских отпадака, ђубрива и пестициди загађују подземне воде, јер лако продиру кроз тло. Последњи извештаји Европске уније говоре да се подземне воде у европским државама толико загађују пестицидима, коришћеним у пољопривреди, да се може очекивати да ће у следећих 50 година главни подземни резервоари питке воде (око 60000 кубних километара) постати неупотребљиви.

Загађење подземних вода, у близини великих урбаних средина и индустријских комплекса настаје продирањем отпадних вода, кроз порозно земљиште. У песковито-шљункастим слојевима кретање подземне воде је ламинарно, те може да изостане мешање отпадне воде и подземне воде.

Кретање подземне воде у земљишту које обилује пукотинама је турбулентно и изворишта се веома брзо загађују.

Загађивање атмосферске воде врши се путем падавина (киша, снег, град), које садрже у себи загађујуће и отровне материје.

Површинске воде се лако загађују и оно се запажа по карактеристичном замућењу, промени боје и мириса. Оне се најчешће загађују нафтом и њеним дериватима, хемијским материјама и једињењима, радиоактивним материјама, вештачким ђубривима. Отпадне воде представљају посебну опасност за површинске воде . То је повод да им се посвети више простора.

Нафта и њени деривати су највећи загађивачи површинских вода. Због све већег коришћења нафте, неопходност њеног транспорта до рафинерија и места коришћења, повећава се ризик од загађења површинских вода. У отпадним водама (након раздвајања) увек остаје извесна количина нафте која уколико се не пречишћава загађује површинске воде. Отпадне воде из рафинерија и других прерађивача нафте и њених деривата веома су опасне и велики су загађивачи површинских вода.

Пестициди, у површинске воде, доспевају спирањем са земљишта и биљака. Они мењају органолептичке особине воде и остају дуже времена непромењени. Док су у води, мењају хидрохемијски и хидробиолошки режим површинских вода.

7

Загађивање површинске воде радиоактивним материјама могуће је нарочито у условима коришћења воде за хлађење реактора у нуклеарним електранама.2. ОТПАДНЕ ВОДЕ

Не постоји општеприхваћена дефиниција отпадне воде. Једна од могућих је и следећа: Вода онечишћена на било који начин током употребе представља отпадну воду. У општем случају отпадна вода је онечишћена раствореним и нерастворним органским и неорганским материјама, и микроорганизмима.

2.1. ПОДЕЛА ОТПАДНИХ ВОДА

Према пореклу отпадне воде се деле на: Атмосферске Комуналне Индустријске Пољопривредне

Атмосферске отпадне воде носе са собом загађујуће супстанце из ваздуха, растворене оксиде, чађ, соли и све загађујуће материје расуте по тлу, са кровова и фасада кућа, сметлишта и улица

Комуналне отпадне воде (отпадне воде насеља) настају као резултат животне активности становништва и од пратеће делатности које је опслужују. Оне углавном садрже:

- органске материје, (остаци хране, физиолошке излучевине људи и др.)- неорганске материје (средства за прање и хигијену, соли и чврсти отпаци

различитог састава).Отпадне воде насеља карактерише велика бактериолошка загађеност која

највећим делом потиче од људских фекалија. Оне могу да садрже узрочнике заразних болести и паразита, нарочито ако потичу из кланица.

Индустријске отпадне воде настају употребом воде у технолошком процесу, тј. потичу из производних процеса и обухватају процесне, расхладне, санитарне и отпадне воде од чишћења опреме. Специфичне су за сваку грану индустрије. Индустријске отпадне воде деле се на две групе:

Прва група – биолошки разградљиве и могу се мешати са комуналним отпадним водама;

Друга група – биолошки неразградљиве и могу се мешати са комуналним (кућним) отпадним водама, али уз употребу хемијског предтретмана.

Отпадне воде из прехрамбене индустрије, кожара и фабрика хартије смањују кисеоник растворен у води реципијента, чиме се смањује моћ самопречишћавања водотока и настају делимичне промене животних услова.

Термоелектране користе, за хлађање своји агрегата, воду при чему настаје отпадна вода повишене температуре.

У Табели 2.1. дат је преглед загaђења отпадних вода која одговарају најважнијим индустријским гранама.

Пољопривредне отпадне воде су процедне и површинске воде, са земљишта где се примењују агротехничке мере и поступци, са сточних фарми,...

Карактеристике пољопривредних отпадних вода су висока НРК, тврдоћа воде, садржај фосфора, нитрата и пестицида. Реч је о високом органском загађењу, са присутним органским материјама у таложном облику и садржају амонијака.

8

Табела 2.1. Преглед загађења отпадних вода која одговарају најважнијим инд. гранама [2]Врста производње Порекло најважнијих ефлуената Особине

Пољопривредна и прехрамбена индустрија

Конзерве воћа и поврћа; инд. кромпира

Чишћење, пресовање, полирање и сушење воћа и поврћа

Велики садржај S.М., колоидних и растворених орг. материја: рН понекад базичан, скроб

Конзерве меса и усољених намирница

Складиште, кланице, прерада меса, кондензати, масти и вода од прања

Велика конц. растворених и суспендованих орг. материја (крв, протеини, масти, кухињска со).

Сточна хранаОтпаци при центрифуговању и пресовању, кондензат при евапорацији и вода добијена приликом прања

Веома велика BPK, само органске материје, мирис, растварачи.

МлекареРазводњено чисто млеко, млеко са којег је скинута павлака, павлака, сурутка

Велика конц. растворених орг. материја, углавном протеина, лактозе и масти

Шећеране Прање и транспорт репе; дифузија, преношење шећерне пене, кондензати евапорације, регенерација измењивача јона

Велика конц. растворених и суспендованих орг. материја (шећери и протеини)

Пиваре и фабрике алкохола Квашење и пресовање зрна, остаци приликом дестилисања алкохола, кондензати евапорације

Велики садржај растворених орг. материја које садрже шећер и ферментални скроб

Фабрика квасца Остаци добијени при филтровању квасца Велики садржај S.M.материја (нарочито органских) и висока BPK, јака киселост

Фабрике уља,фабрике маргарина

Екстракција и рафинирање Масне материје, велика киселост и салинитет, веома висока BPK.

Хемијска индустрија и индустрија синтетикеФосфати, фосфорна киселина и фосфорна ђубрива

Прање, процеђивање и флотација руде, суперфосфати

Глине, муљ и уља, мали рН, повећан садржај суспенд. материја, као и јед. Si и F

Синтетичке боје Анилинске и нитратске боје Веома киселе воде, феноли, нитро једињења, јака HPK

Пестициди Средства којима се врши прање и пречишћавање

Повећан садржај орг. мат., бензола, материја које су токсичне за бактерије и отровне за рибе, киселине

Рафинерије нафте и петрохемија

Вода из разних процеса, крекинг са паром, каталитички крекинг

Алифатични и ароматични угљов. који су емулзионирани, сулфиди, суспендоване мат., мала БПК

Експлозиви Прање ТНТ и памучног праха у циљу пречишћавања

Боја, киселине, мириси, присуство орг. киселина, алкохола и целулозних једињења, велика HPK

Разне органске синтезе Хлорацетиленска једињења, алкохоли, алдехиди естри

Повећана базичност или киселост, велика HPK

Површинска обрада метала

Декапирање, обрада фосфатима, наношење металног слоја поступком електролизе, анодирање, бојење, електрофореза

Кисела или базна вода која садржи хромате, цијаниде, флуор, као и корозивне материје, пигменте, тензо-активне материје

Гума и синтетички полимери Прање латекса, коагулисана гума, елиминација нечистоће из сирове материје које улазе у састав једињења

Велика BPK, јак мирис, повећан садржај суспендованих материја, промењив рН, повећан садржај хлорида

Производња влакана Синтетичка влакна, вискоза, полиамиди, полиестри, винили

Присуство растварача, продукти ферментирања, колоранти, неутралне воде са израженом BPK

Бељење Прање тканина Повећана базичност и повећан садржај орг. материја; детерџенти

9

Према степену биолошке разградљивости отпадне воде се деле на: Свеже отпадне воде – биолошка деградација још није узнапредовала; Одстајале воде – не садрже кисеоник, јер је потрошен за биолошку разградњу

отпадне органске материје; Труле (септичке) воде – биолошка разградња органске материје је висока и

одвија се анаеробно и успостављена је равнотежа између разграђивача и органске материје.

Подела отпадних вода према агресивности:

Група отп. воде

Садржај отпадних материја Промене у водотоку

ПрваСоли арсена, бакра, олова, метални оксиди, хидроксиди и друга сумпорна једињења

Физичке и хемијске особине реципијента (боја, мирис, укус, прозрачност, рH)

Друга Суспендоване минералне мат. у виду финих материја

Боја и прозрачност воде

Трећа

Орг. материје (махом прехрамбене инд.) без изразитог токсичног дејства.

Токсични продукти (гасови или једињења) јављају се током деловања микроорганизама на органске материје.

Прозрачност, боја, дефицит кисеоника, рH, ВРК

ЧетвртаОрганске материје (феноли, смоле, боје, деривати нафте, бројна органска и неорганска једињења, једињења тешких метала –олова, арсена...)

Мирис, укус, прозрачност (феноли)

Спречавају контакт са ваздушним кисеоником (органске материје које пливају по води –најчешће тензиди.)

2.2. КАРАКТЕРИСТИКЕ ОТПАДНЕ ВОДЕ

2.2.1. ФИЗИЧКЕ КАРАКТЕРИСТИКЕ

Битније физичке карактеристике за отпадне воде су:Сува материја – садржај суве материје (SM) се дефинише као остатак након

сушења узорка на 103-105 ºC.Боја – на основу боје може се грубо проценити стање отпадне воде . Тако су

''свеже'' отпадне воде углавном сиве боје, док код ''одлежалих'' отпадних вода, након утрошеног целокупног раствореног кисеоника деловањем аеробних микроорганизама и након настанка септичких услова боја прелази у црну.

Мирис – мирис отпадне воде обично потиче од гасова који настају у процесу распада органских материја. Неке индустријске воде имају мирис који је карактеристика технолошког процеса од кога потичу.

Температура –температура отпадне воде је значајна карактеристика јер утиче на биосферу водотокова у које се испуштају такве, загрејане, отпадне воде, првенствено зато што се на вишим температурама растворљивост кисеоника у води смањује.

Од већег значаја могу још бити: мутноћа, укус, електропроводљивост и садржај флотирајућих материја.

10

2.2.2. ХЕМИЈСКЕ КАРАКТЕРИСТИКЕ

У зависности од порекла отпадне воде, нарочито када је о индустријским отпадним водама реч, разликујемо низ хемијских карактеристика. Општа подела ових карактеристика је на органске и неорганске материје.

ОРГАНСКЕ МАТЕРИЈЕ: Свакако најзначајнија хемијска карактеристика отпадне воде је садржај органских материја. При томе се по правилу одређује укупан садржај, а ређе се анализа обавља на поједине групе органских материја (нпр. феноли) или на специфична органска једињења (нпр. поједини пестициди). Како је најважније знати који је део органске материје биоразградљив аеробном микрофлором водотокова (јер се на тај начин троши растворени кисеоник из воде што угрожава рибе и остали живи свет водотокова), то се обично одређује «биохемијска потрошња кисеоника» (BPK). Као мера органских матрија које могу да буду биолошки оксидисане одређује се «хемијска потрошња кисеоника» (НРК) и «укупни органски угљеник» (ТОС)

1. Биохемијска потрошња кисеоника (BPK) – је мера количине кисеоника која је потребна микрофлори самог узорка отпадне воде да оксидује у првом реду органски угљеник (делом и органски азот), а самим тим се индиректно одређује и сама количина органске материје.

Најчешће се BPK одређује у току 5 дана на температури од 20 [ºC]. тзв. BPK5, при чему се сматра да се том анализом обухвата око 60 до 70 [%] биоразградљивих органских материја

2. Хемијска потрошња кисеоника (HPK) – је назив за количину кисеоника из јаког хемијског оксиданта којим се оксидује органска материја у води (најчешће се користи калијум перманганат у киселој средини, а постиже се 95 – 100%-ни учинак оксидације већине органских једињења). HPK се користи уместо BPK за анализу отпадних вода, обично индустријских, које садрже токсичне и / или тешко биолошки разградљиве компоненте, и за анализу пречишћених отпадних вода.

Са HPK се одређују практично све органске материје, и биоразградљиве и тешко и споро биолошки разградљиве, а са BPK само материје које ће се биолошки разградити.

3. Укупни органски угљеник – је мера садржаја органски везаног угљеника у отпадној води (служи као допунски параметар за дефинисање органског загађења). Одређује се мерењем СО2 насталог оксидацијом органског угљеника.

Протеини, угљени хидрати, уља и масти. Сем познавања укупног садржаја органских материја у отпадној води може бити од значаја да се знају удели неких од најважнијих органских једињења: протеина, угљених хидрата, уља и масти, с обзиром на њихов различит утицај на екосистем и на различито понашање приликом пречишћавања.

Специфична органска једињења. Отпадне воде, у зависности од порекла, могу да садрже веома различита органска једињења, од којих су површински активне материје, пестициди и феноли само типични представници. Број тих органских материја је, упоредо са развојем индустрије и повећањем стандарда, све већи. Многе од њих су споро биолошки разградљиве или чак неразградљиве, а често и веома токсичне, тако да њихово испуштање са отпадним водама драматично нарушава живи свет реципијента, а тешко их је уклањати и биолошким поступцима пречишћавања.

НЕОРГАНСКЕ МАТЕРИЈЕ: Укупан садржај неорганских материја у отпадним водама (изузимајући ефлуенте појединих фабрика или погона) је ретко толики да би захтевао његово генерално уклањање, али зато поједине неорганске материје негативно утичу на реципијенте и морају се уклањати пречишћавањем.

Азот и фосфор спадају у најважније биогене елементе, те њихово значајније уношење са отпадним водама изазива прекомеран раст воденог биља и тзв. еутрофикацију («забаривање») водотокова. Азот се налази у различитим облицима у

11

отпадним водама (органски, амонијачни, нитритни и нитратни азот) или се приликом самопречишћавања водотокова односно биолошког пречишћавања отпадних вода преводи из једног облика у други; у зависности од форме различит је и негативан утицај на реципијент. Сумпор се из сулфата редукује у анаеробним условима (какви често владају у канализационим водовима и у муљу на дну водотокова) до водониксулфида, који је изразито непријатног мириса и веома токсичан а може се и оксидовати до веома корозивне сумпорне киселине.

рН, алкалитет, киселост. Веома важна карактеристика отпадне воде је и њен рН, јер ће екстремни рН отпадне воде, било низак, било висок, отежати њено биолошко пречишћавање и негативно утицати на живи свет реципиента у који би се таквва вода испустила. Док је рН квалитативни показатељ, садржај алкалија/киселина (тзв. титрациони алкалитет/киселост) је квантитативни показатељ, неопходан у процесима хемијске обраде воде.

Тешки метали, токсичне супстанце. У појединим индустријским отпадним водама налазе се недозвољено велике концентрације тешких метала (олово, кадмијум, хром, жива, итд.) и разних токсичних супстанци (нпр. цијаниди, хлорована органска једињења ...) чијим доспевањем у реципијент се употреба тако контаминиране воде доводи у питање. Због тога се присуство ових материја у отпадним водама мора идентификовати и одредити тачна концентрација како би се дефинисао најбољи начин пречишћавања односно утврдиле штете које настају испуштањем таквих отпадних вода у реципијенте.

2.2.3. БИОЛОШКЕ КАРАКТЕРИСТИКЕ

Биологија отпадних вода је изузетно сложена област. За утврђивање квалитета отпадне воде пре и после пречишћавања морају се знати и одређене биолошке карактеристике.

Микробиолошка испитивања – за утврђивање тзв. санитарног квалитета воде, мора се знати који индикаторски микроорганизми и у ком броју се налазе у води. У првом реду то се односи на патогене микроорганизме изазиваче тешких болести (тифуса, колере...) за чије присуство у води су индикатори колиформне бактерије, те фекалне стрептококе које указују на фекално загађење.

Биолошка испитивања – се користе у првом реду да би се одредила токсичност отпадне воде на биосвет водотокова, јер се токсичност не може оценити само на основу физичких и хемијских карактеристика отпадне воде. На основу биолошких испитивања се утврђује и учинак појединих поступака пречишћавања. За биолошке тестове се користе одређене групе микроорганизама: планктон, алге, рибе...

2.3. КРИТЕРИЈУМИ ЗАГАЂЕНОСТИ ОТПАДНЕ ВОДЕ, ОПТЕРЕЋЕЊЕ

Критеријуми загађености служе за процену штете које би непречишћене отпадне воде изазвале у реципијенту, и за избор начина пречишћавања.

Уколико у отпадној води нема токсичних супстанци (које су веома штетне за реципијент и у врло малим концентрацијама) или патогених организама или повећаних концентрација неорганских материја, као готово општи критеријум, на основу кога би се отпадне воде разврстале на слабо, средње и јако загађене, узима се потрошња кисеоника за оксидацију органских и неких неорганских материја из отпадне воде, тј. ВРК.

Да би се могле упоређивати индустријске отпадне воде са комуналном отпадном водом уведен је тзв. еквивалент становника, ES (процењена количина по глави становника у току дана).

За димензионисање и процену перформанси постројења за пречишћавање поред концентрације загађења неопходно је познавање и количине загађења које се

12

уноси, тзв. оптерећење. Оптерећење се изражава преко запремине отпадне воде (тзв. хидрауличко оперећење) или преко количине загађења (нпр. ВРК5 оптерећење, оптерећење суспендованим честицама, и сл.). Врло често се оптерећење рачуна још и по јединици запремине или површине уређаја за пречишћавање:

2.4. КАРАКТЕРИСТИКЕ ГРАДСКИХ ОТПАДНИХ ВОДА

Загађеност неке градске канализационе воде цени се према количини, концетрацији материја у суспензији и биохемијској потреби за кисеоником.

Сматра се да, у зависности од услова снабдевања водом, животног стандарда и начина укључивања у канализациону мрежу, један становник одбацује просечну количину загађених материја чији је састав устаљен и константан (основни еквивалент је становник). Наравно да ова просечна количина зависи од земље и краја у коме тај становник живи.

1. Количина воде- Средња часовна количина отпадне воде, :

, [2]

где је: – дневна количина, [m3/h].

може да варира између и зависно од локалних услова и од количине индустријских отпадних вода.

- Средња часовна количина током целог дана, :

- Максимум у сушном периоду, се може израчунати помоћу следеће формуле:

при чему су и изражени у . Сматра се да је максимум отпадне воде у влажном периоду најчешће 3 - 5 пута већи од просечне количине .

2. Оптерећеност изражена у BPK5

Са порастом животног стандарда запажа се и пораст загађења, као и повећање количине отпадних вода по кориснику (при томе количина воде ипак расте брже од загађења, па отпадне воде имају тенденцију повећања уз мању концетрацију).

Концетрација BPK5 варира током дана.Веома често долази до поклапања вршних количина и концетрација; у том

случају се може очекивати да максимално часовно загађење достигне десетроструку вредност просечног часовног загађења.

13

3. Оптерећеност суспендованим материјамаДневне количине чврстих материја по једном становнику, које са собом доноси

непрерађена вода, обично се процењује према следећој таблици: [2]

Чврсте материје Неорганске, g Органске, g Укупно, gМат. које се могу исталожити 20 40 60Мат. које се не могу исталожити 10 20 30Укупно 30 60 90

4. Утицај нечистоћа индустријских отпадних водаУдео индустријских отпадних вода у градским отпадним водама стално се

повећава; прерада мешавине ових вода је често економичнија него одвојена прерада, али ако у отпацима има токсичних материја или биолошких инхибитора, неопходно је извршити предходну прераду у самој фабрици.

Индустријска загађења се могу изразити ''коефицијентом еквивалентности броја становника'', тј. јединицом која представља BPK5 дневне количине отпадне воде из домаћинства по становнику. Ово изражавање еквивалентом BPK5 је згодно, али недовољно. Потребно је исто тако утврдити и еквивалент становник у функцији од S.М. и користити један или други у зависности од тога који је значајнији приликом димензионисања разматраног уређаја.

Количине индустријских отпадних вода и утицај који оне врше на градски ефлуент могу се проценити упоређивањем особина градског ефлуента који садржи индустријске отпадне воде са особинама ефлуента у којем ових вода нема. При томе се узимају у обзир следећи критеријуми:

- БиодеградибилностАко у ефлуенту има органских материја које веома споро деградирају или се пак

уопште не могу деградирати долази до повећања теоријских односа HPK / BPK21 и уобичајеног односа HPK / BPK5 који открива да у води има индустријских полијаната. Код овог типа вода јавља се опасност да HPK и после прераде остане ненормално велика.

И вредност BPK5 органских материја може указати на то да ли у води има индустријских отпадака. У градским отпадним водама, у којима нема индустријских отпадака BPK5 се приближно дели на:

- 66% BPK5 суспендованих колоидних материја;- 34% BPK5 растворених материја.

У општем случају проценат ''раствореног'' BPK5 расте са повећањем индустријских отпадних вода у ефлуенту.

- Присуство амонијака и амонијачног азота у отпадним водамаУ градским отпадним водама које не садрже индустријска загађења садржај

амонијачног азота је реда 20-30 mg/dm3. Повећани садржај азота може бити знак присуства индустрријских отпадних вода.

- Утицај рНрН градских отпадних вода које не садрже индустријске полијанте је најчешће

скоро неутралан, тј. од 7-7,5. Ако рН одступа од ових вредности, значи да у води има индустријских загађења. Биолошко пречишћавање се може вршити онда када се вредност рН креће од 6,5 – 8,5.

- Оксидациони потенцијал (еН) и редокс потенцијал (rH)Оксидациони потенцијал довољно свежих градских отпадних вода је обично

реда + 100 mV , што одговара вредности рН од око 7 и вредности rH од 7-21. За редуктанску средину (септичне воде, воде у којима долази до труљења, воде у вези са септичним јамама, воде у којома има хемијских редуканата) карактеристичан је потенцијал чија је вредност +40 mV (са rH=15 и рН=7) или негативни потенцијал.

14

Потенцијал чија је вредност већа од +300 mV указује на то да је у питању претерано оксидујућа средина.

- ТоксичностАко у води има тешких метала Cu2+, Cr6+, Cd2+, макар и у малим количинама,

деловање бактерија може да буде потпуно онемогућено.Сулфиди, у концетрацији од 25 mg/dm3, потпуно заустављају биолошке

процесе у неаклиматизованом активном муљу. Адаптирање у трајању од неколико дана повећава степен толеранције и до 100 mg/dm3.

Постоји векики број токсичних материја; њихово изливање у канализациону мрежу, а поготово њихово изливање у природну средину је законом забрањено (цијаниди, хидроксилна џиклична једињења, итд.).

И неке фармацеутске материје могу штетно да делују на развој бактерија (антибиотици...)

- Равномерност исхране бактеријаЧесто се дешава да у индустријским отпадним водама нема довољно азота и

фосфора. Понекад је неопходно да се таквим водама додају храњиви састојци да би се на тај начин успоставили односи:

BPK5 / N ≈ 20 и BPK5 / Р ≈ 100који омогућују биолошко пречишћавање.

-ТемператураТемпературне промене такође утичу на процес пречишћавања

5. Уливање нечистоћа из септичних јама у градске канализацијеУ граду постоје извесни делови насеља који су до прикључивања на општу

канализациону мрежу везани за нужнике и септичне јаме. Приликом пражњења ових јама обично се наилази на знатне количине песка, понекад и шљунка и других материја, које ометају процес пречишћавања. Њихов састав је:

BPK5: 4 000 – 10 000 mg/dm3HPK: 6 000 – 16 000 mg/dm3S.M.: 5 000 – 17 000 mg/dm3NH4 : 1 500 – 5 000 mg/dm3.Пре него што се помешају са сировом водом која је намењена преради у некој

станици за пречишћавање, ове материје морају проћи кроз процес претходне обраде:- процеђивање и одстрањивање песка,- разблаживање уз добро мешање са сировом водом у максималном односу 1:100, и то непосредно пре уливања у примарну таложницу (понекад је потребно извршити и предходну аерацију).

15

3. ПРЕЧИШЋАВАЊЕ ОТПАДНИХ ВОДА

3.1. КЛАСИФИКАЦИЈА НАЧИНА ПРЕЧИШЋАВАЊА

Задатак пречишћавања је да уклони загађење отпадне воде до те мере да обрађена отпадна може да се испушта у реципијент без штетних последица или да се може поново употребити.

Избор начина пречишћавања зависиће у сваком конкретном случају од низа чинилаца: од карактера загађења отпадне воде, од захтеваног степена пречишћености, од економичности појединих поступака пречишћавања, и сл.

Табела 3.1.: Поступци уклањања загађења отпадне воде 6

Загађење Начин уклањањаСуспендоване честице Таложење

Процеђивање (сита, коминутори)ФилтрацијаФлотација

Биоразградљиве органске материје Физичко-хемијски поступци уклањањаАеробна биолошка разградњаАнаеробна биолошка разградња

Бионеразградљиве органске материје АдсорпцијаОзонизација (терцијарна обрада)

Растворљиве неорганске материје Јонска изменаРеверзна осмозаЕлектродијализа

Тешки метали Хемијско таложењеЈонска измена

НутријентиАзот

Фосфор

НитрификацијаСтрипинг амонијакаЈонска изменаХлорисање преко завршне тачке

Додатак соли металаКоагулација кречом / таложењеБиолошко-хем. поступци уклањања

Патогени микроорганизми ХлорисањеОзонизација (дезинфекција)

16

Слика 3.1. Могућа подела начина пречишћавања отпадних вода 6

17

3.2. ПОСТУПЦИ ПРЕЧИШЋАВАЊА ГРАДСКИХ ОТПАДНИХ ВОДА

Нормално (најчешће коришћено) пречишћавање градског ефлуента обухвата следеће поступке:1. Физичко пречишћавање:

Претходна прерада (процеђивање, одстрањивање песка); Примарана декантација, која омогућује елиминацију суспендованих материја,

које су декантибилне, пливају или лебде у води;2. Биолошко пречишћавање, које омогућује потпуну елиминацију органских полијаната посредством бактерија;

3. Прерада и сушење муља (примарног муља који се таложи у примарној таложници и вишка муља добијеног током биолошке прераде.

У неким станицама за пречишћавање средње величине прерада се може побољшати коришћењем следеће основне шеме: изостављање примарне декантације, симултана аеробна биолошка прерада воде и муља (продужена аерација, итд).

Ако треба само делимично пречистити воду, и сам процес физичке прераде може бити довољан.

Насупрот томе, када се тражи висок степен пречишћавања или пак елиминација отпадака материја које се не могу биолошки деградирати, треба применити терцијарну прераду, на пример:

-завршну прераду BPK и S.M.-одстрањивање фосфора,-одстрањивање азота,-елиминисање тензо-активних материја,-хлорисање.У извесним случајевима када треба остварити прелазан степен пречишћености,

који се налази између биолошке пречишћености и обичне примарне прераде, треба предвидети физичко-хемијски поступак прераде воде који садржи флокулацију (помоћу коагуланата и полиелектролита) и декантацију. Физичко-хемијски поступци пречишћавња налазе своју примену и у случајевима када је потребно постићи висок степен пречишћености, на пример, у станицама за прераду са сезонским повећањем загађења (бање и туристички центри). У сваком случају мора се водити рачуна о условима елиминисања муља и трошковима експлоатације.

Да се уређаји за прераду не би предимензионисали, препоручљиво је, нарочито када су у питању јединствене мреже, сукцесивно ограничавање максималног дебија:

-за биолошку прераду,-за примарну прераду,-евентуално, за претходну прераду.Приликом великог пораста протицаја за време кише, често и сама река која

прима талог има повећани протицај, па самим тим њена способност самопречишћавања постаје већа.

3.2.1. УЧИНАК ПРЕЧИШЋАВАЊА

1. Својства која треба да добије пречишћена водаЦиљ прераде отпадне воде је добијање пречишћеног ефлуента, чија ће

загађеност бити сведена на такву меру да његово изливање ни најмање неће шкодити фауни и флори реципијента.

У свакој земљи санитарна правила предвђају гранична дозвољена загађења ефлуента који се изливају у реке.

Критеријуме пречишћености треба одређивати за сваки случај посебно, а у зависности од глобалне загађености свих ефлуената на једном подручју. Гранични степен загађења неке реке зависи од њеног места у општој класификацији:

18

- реке које се користе као пријемници отпадних вода са садржајем раствореног кисеоника О2 < 4 mg/dm3;

- реке ципринида (шаран, смуђ...) у којима је О2 > 4 mg/dm3;- реке салмонида (пастрмка, клен) у којима је О2 > 7 mg/dm3;.Пречишћени ефлуент садржи и неорганске (азотне и фосфорне) и органске

полијанте који се не могу деградирати (детерџенте, пестициде и др.). Стога се понекад примењује и терцијарна прерада воде.

2. Учинак пречишћавања различитим поступцима прерадеУчинак пречишћавања зависи од многобројних фактора, а посебно од:- уједначености протицаја и загађења ефлуента за прераду,- удела индустријских отпадних вода,- концетрације непрерађене воде ,- температуре воде.

-Степен елиминације у процентима:

а) Примарно таложење за искључиво градске отпадне воде износи:-елиминација BPK је реда 35 [%],-елиминација S.M. које се могу деградирати је реда 90[%].Ако у води има индустријских полијаната, учинак елиминације BPK може пасти и на 10[%].

б) Биолошко пречишћавање: Биолошким пречишћавањем се може у великој мери повећати учинак смањења BPK (више од 95[%]) на класичним уређајима са малим коефицијентом оптерећености масе. Да би се учинак повећао, треба повећати потрошњу енергије нарочито у случају када је потребна нитрификација.

Али, са друге стране, треба нагласити да процес биолошког пречишћавања садржи у себи аерацију и таложење који чине нераздвојну целину. Квалитет таложења исто толико утиче на утврђивање учинка као и квалитет обављеног процеса аерације.

Табела 3.2. Учинак елиминације у односу на прерађену воду [2]Коришћени поступци S.M.

%BPK

%HPK%

Азот%

Фосфор%

Колифор. бакт., %

Само примарно таложење 40 - 70 15 - 40 15 - 35 ------ < 20 ------------

Таложење са хем. флокулацијом 60 - 90 35 - 65 30 - 55 ------ < 30 ------------

Бактеријски слој, велике оптерећености са примарнимталожењем

85 - 95 60 - 85 50 - 80 ~ 30 < 30 ------------

Активни муљ велике оптерећености са примарним таложењем

85 - 95 60 - 90 50 - 80 ~ 10 < 30 ------------

Активни муљ са малимоптерећењем масе 85 - 95 75 - 95 60 - 85 < 90 < 30 ------------

Активни муљ са малим оптерећењем + филтрирање + хлорисање

< 99 < 97 < 92 < 90 < 30 > 99,99

Активни муљ са малим оптерећењем + филтрирање на песку + филтрирање на активном муљу + хлорисање

< 99,5 < 99,5 < 97 < 90 < 30 > 99,999

Активни муљ са малим оптерећењем + хлорисање 85 - 95 75 - 95 65 - 90 < 90 < 30 > 99,9

19

4. ПОСТРОЈЕЊЕ ЗА ПРЕЧИШЋАВАЊЕ ОТПАДНИХ ВОДА

4.1. ТЕХНИЧКИ ОПИС ПРОЦЕСА СА ПРОРАЧУНИМА

4.1.1. БАЗНИ ПОДАЦИ

а) Капацитет постројења

Као основа за димензионисање постројења (велике станице за пречишћавање отпадних вода; преко 50000 ЕS) усвојени су следећи подаци: [3]- Максимални часовни проток, m3/h : 2 340

- Максимални дневни проток, m3/h : 1 656- Средњи дневни проток, m3/h : 1 170- Број еквивалентних становника, BES: 126 000

б) Квалитет отпадне воде

Отпадне воде које настају на територији већих насеља су по пореклу делом комуналне, делом претходно пречишћене индустријске отпадне воде и делом воде од инфилтрације.

С'обзиром на недостатак података о квалитету отпадне воде у градској канализацији (код нас) вредности о квалитету су на основу искуства и литературних сазнања претпостављене. За садржај BPK5 као и суспендованих материја усвојена је вредност концетрације од = 220 mg/dm3.

Квалитет индустријских отпадних вода које се упуштају у градску канализацију утврђен је ''Правилником о техничким и санитарним условима упуштања отпадних вода у градску канализацију''. Гранична вредност концетрације суспандованих материја износи 300 mg/dm3. Концетрација BPK5 не сме прећи вредност од 300 mg/dm3 (појединим индустријама је дозвољено упуштање отпадних вода са BPK5 500 mg/dm3)

в) Органско оптерећење

За димензионисање објеката и опреме на линијама третмана отпадне воде, неопходно је дефинисати укупно органско оптерећење ( ), које се изражава у BPK5

по дану, а које потиче од становништва и индустрије. За инфилтрацију је усвојено да не доприноси органском оптерећењу. Рачунски је изведен стандард органског оптерећења од 0,060 Кg BPK5 по еквивалентном становнику дневно.

= Број становника x стандард органског оптерећења, Кg BPK5/dan :

г) Дефинисање технологије пречишћавања отпадних вода

Приликом дефинисања процеса пречишћавања посебна пажња посвећена је захтевима да процес буде ефикасан, флексибилан и да се процесом може адекватно управљати. С'обзиром на чињеницу да су главни циљеви процеса пречишћавања уклањање суспендованих материја и смањење органског оптерећења, усвојена је технологија која укључује следеће групе процеса пречишћавања:

Примарни / физички третман; Секундарни / биолошки третман са инкорпорираним процесима нитрификације

и денитрификације;

20

Третман муља.

Примарни / физички третман отпадне воде подразумева уклањање грубих и инертних материја на грубим и финим решеткама и песколову као и уклањање примарног муља (седиментних и суспендованих честица) и вишка муља из биоаерације у примарним таложницима. Издвојени комбиновани муљ се пребацује на линију третмана муља. Груби и инертни материјал се одвозе на санитерну депонију.

Секундарним / биолошким третманом отпадне воде врши се уклањање органских материја у процесу активног муља са рециркулацијом. У биолошки третман је инкорпорирано уклањање азота, и то процес са претходном нитрификацијом и денитрификацијом у аерисаном делу базена. Ради ефикасног функционисања система уведена је рециркулација воде из аерисаног дела биоаерационог базена у део за денитрификацију. Потребан кисеоник у овом процесу се обезбеђује аерацијом базена компримованим ваздухом путем дифузора. Створена биомаса се издваја из система као вишак муља и преко примарних таложника транспортује на линију третмана муља. Процес активног муља карактерише велика флексибилност.

Третман муља, насталог током процеса, потербно је извршити да би се муљ до одређеног степена стабилизовао, када је погодан за одлагање на санитарну депонију или за употеребу уз додатне процесе стабилизације. Предвиђена је анаеробна стабилизација у току које настаје биогас као продукт дигестије. Анаеробна стабилизација се врши у дигесторима са комплетним мешањем. Стабилизовани муљ се на крају третмана обезводњава и одвози на санитарну депонију.

д) Квалитет пречишћене воде

Након секундарног третмана ефлуента параметри квалитета воде су:- Концетрација суспендованих материја < 30 mg/dm3,- Концетрација BPK5 < 20 mg/dm3.

4.1.2. ТЕХНИЧКИ ОПИС ПОСТРОЈЕЊА

4.1.2.1. ПРИМАРНИ ТРЕТМАН

Примарни третман обухвата: Уклањање грубог материјала на грубим и финим решеткама; Уклањање инертног материјала на песколовима; Уклањање седиментних и суспендованих материја у примарним таложницима.

а) Уклањање грубог материјала

За уклањање грубог материјала користе се грубе и фине решетке. То је први процес у систему обраде, а примењује се у циљу заштите пумпи, вентила и арматуре од оштећења и запушавања. Након решетки вода се центрифугалним пумпама са потопљеним мотором пребацује на песколов.

Грубе решетке

Грубе решетке се користе за уклањање најгрубљег материјала из отпадних вода. Решетке преграђују канализациони вод, а постављају се нормално на ток воде, или, да би се олакшало чишћење, под углом од 30º - 60º.

21

Слика 4.1: Коса решетка са ручним чишћењем, на главном канализационом воду и бочни вод за случајеве хидрауличког преоптерећења са уграђеном косом решетком, [4]

Пројектни критеријум

- број комада: 2 - растојање између шипки: 0,1 m - ширина шипки: 0,01 m - дубина воде: 0,6 m- брзина воде: 1,3 m/s- ширина решетки: 0,5 m

Фине решетке

Ове решетке се користе за уклањање грубог и инертног материјала. Равна аутоматска решетка се састоји од челичних шипки које су постављене у рам чија ширина одговара ширини канала. Количина отпада који се издваја на решетки зависи од размака између шипки и од квалитета отпадне воде. Решетке су постављене под углом од 70º. Чишћење се обавља аутоматски, а уллоњени материјал се одлаже у контејнере.

Пројектни критеријум

- број комада 2- растојање између шипки; 0,025 m- ширина шипки: 0,01 m- дубина воде: 0,6 m- брзина воде: 1,2 m/s- ширина решетки: 0,7 m

б) Уклањање инертног материјала на песколовима

Аерисани песколови

Функција аерисаног песколова у процесу пречишћавања отпадне воде је смањење оптерећења примарних таложника и елиминација материја које могу да доведу до абразије механичке опреме у њима. Смањење оптерећења обавља се уклањањем инертног материјала чије честице имају већу брзину таложења од честица органских материја. У инертан материјал спадају честице песка, шљунка, мањи комади минералних материја и неразградљиве органске материје, као што су зрна кафе, воћне петељке и семенке.

Количина и састав инертног материјала имају значајан утицај на избор методе пречишћавања. Када отпадна вода дође у песколов честице се таложе на дно различитом брзином, у зависности од величине, специфичне тежине и брзине кретања кроз песколов. Довођењем ваздуха контролише се брзина таложења честица и пад притиска кроз јединицу.

22

Изабрани аерациони песколов је базен у коме је спирално кретање воде постигнуто комбинацијом увођења отпадне воде са стране и попречним кретањем воде изазваним увођењем ваздуха дуж једне стране коморе. На овај начин, одговарајућом контролом количине ваздуха постиже се одржавање органских материја у суспанзији и њихово изношење а таложење тежих, инертних честица, у каналу на дну коморе, одакле се уклањају неким механичким уређајем (пужни транспортери...), муљним или мамутским пумпама. Транспорт издвојеног песка врши се камионом.

Предности аерационог песколова су:- додатно уклањање суспандованих материја,- смањење пада притиска,- уклањање инертних материја дефинисаног пречника,- добијање врло чистог талога,- издвајање масноће услед ефекта флотације диспергованим ваздухом.

Слика 4.2.: Спирални ток воде у аерисаној комори, [4]

Основни пројектни критеријум при димензионисању аерисаног песколова је уклањање инертних честица пречника од 0,2 mm са степеном ефикасности од 90 %. Са Kalbshoff- ових дијаграма [3] се за овај услов очитавају два следећа пројектна критеријума:- време задржавања 4/60 h,- дозвољено површинско оптерећење 28,1 m3/ m2 h.

При прорачуну коришћен је, као меродаван, максималан часовни проток од 2340 m³/h.

Укупна запремина песколова:

где је: – максимални часовни проток, [m3/h], – врема задржавања, [h].

23

Усвојена су два песколова са хватачем уља и масти, попречног пресека 4 m2 и дужине 24 m. Ефективна запремина јединице за уклањање инертног материјала износи 192 m3.

Максимално време задржавања:

где је: - број песколова - запремина песколова, m3

– максимални часовни проток, [m3/h],

Потребна количина ваздуха за аерацију песколова се очитава са Kalbshoff-ових дијаграма. За песколов дужине 24 m она износи 144 m³/h. За аерацију песколова усваја се једна дуваљка, напора 300 mbar.

Евакуација песка из пасколова врши се помоћу мамут пумпи. Сваки песколов има по једну мамут пумпу. Перформансе пумпе су:

- напор 700 mbar, - капацитет 10 – 20 dm3/s.

Потребна количина ваздуха за мамут пумпу износи максимално 250 m3/h , односно, у зависности од усвојеног времена пражњења конусног дела песколова, између 115 и 234 m3/h.

Усвојена је једна резервна дуваљка за аерацију мамут пумпи следећих карактеристика:

- капацитет 250 m3/h , - напор 700 mbar.

Такође, усвојена је једна резервна дуваљка за аерацију песколова следећих карактеристика:

- капацитет 5,11 m3/min,- напор: 300 mbar.

Пројектни критеријум

- број комада: 2- јединични пресек x дужина: 4 m2 x 24 m- време задржавања (према максималном часовном протоку): 4,9 min-проток ваздуха за аерацију (по песколову): 144 m3/h-капацитет мамут пумпе (максимално) : 10 -24 dm3/s-проток ваздуха за мамут пумпе (максимално): 250 m3/h

в) Таложење

Примарни таложници

Примарни таложници се користе за уклањање суспандованих и седиментних материја из сирове отпадне воде и вишка муља из процеса биоаерације.

Суспанзија која се пречишћава долази у талижник преко улазне зоне, а затим се равномерно распоређује по пресеку базена, при чему се кинетичка енергија поништава турбуленцијом и трењем у улазном систему.

24

Таложници са згртачем се пројектују по правилу као хоризонтални проточни правоугаони или кружни базени. Због ефикасности и једноставнијег одржавања одабран је кружни тип таложника.

Суспендоване материје из воде које дотичу дно, таложе се на дну базена и континуалним кружним кретањем згртача потискују ка средини у левак за муљ. У висини нивоа воде поставља се скидач пене и пливајућих материјала. Све пливајуће материјале потискују се према џепу на ивици базена или према посуди која се налази испод моста згртача. Конструкција згртача зависи од распона. За распон преко 25 m користе се заварени мостови са пуним зидовима. Мост је споља ослоњен на возни механизам који кружи по зиду базена. У средини базена је лежај са лоптастим обртним спојем. Згртач за муљ обешен је на носаче цеви моста који га при сваком кружном кретању вуче за собом, ослања се на дно таложнице преко котрљајућих точкова (обложених гумом). Згртачи имају прегрталице.

Вода се уводи у таложнике кроз централни део објекта преко Стенгелових елемената, тако да се радијално распоређује у струји према преливном кориту, које је постављено по ободу таложника.

1 - улаз воде2 - ротирајуће грабуље3 – канал за дистрибуцију4 – излаз пречишћене воде5 – излаз муља6 – прелив

Слика 4.3.: Упрошћени приказ кружног таложниика [5]

Приликом димензионисања таложника прорачун је извршен за:- максимални часовни проток, ;

- максимални дневни проток,

- средњи дневни проток, Усвојена су два примарна таложника:

- пречник таложника (dp.t) 26 m - висине воденог стуба (Нp.t) 3,5 m.

Хидрауличко оптерећење :

где је: - проток отпадне воде, m3/h - број таложника

- површина таложника, m2

25

- Максимално часовно хидраулично оптерећење:

- Максимално дневно хидраулично оптерећење:

- Средње дневно хидраулично оптерећење:

Време задржавања:

где је: - запремина таложника, m3

26

Важан пројектни критеријум је и оптерећење на преливу, [m3/m h], јер степен издвајања суспендованих материја зависи управо од те вредности:

Оптерећење на преливу:

где је: - обим прелива m

Пројектни критеријум:

- број јединица: 2- пречник таложника: 26 m- висина воденог стуба: 3,5 m - хидрауличко оптерећење (за максималан часовни проток): 2,2 m3/ m2 h-време задржавања (за максималан часовни проток): 1,6 h-оптерећење на преливу (за максималан часовни проток): 14,9 m3 /m h

27

4.1.2.2. СЕКУНДАРНИ ТРЕТМАН

Секундарни третман отпадне воде обухвата процесе биолошке аерације у биоаерационим базенима и секундарног таложења у секундарним таложницима.

а) Биолошка аерација

Биолошка аерација отпадних вода може да се врши у биоаерационим базенима, аерисаним лагунама, или биофилтрима. Изабран је поступак пречишћавања у биоаерационим базенима (процес са суспендованом микрофлором, односно процес са активним муљем). Активни муљ је водена средина у којој се, при константном мешању отпадне воде и рециркулисаног муља, развијају бројни микроорганизми, при чему су највише заступљене хетерогене бактерије, фунги и протозое. Рад постројења са активним муљем зависи од способности микроорганизама да уклоне и утроше (разграде) отпадне материје, да се флокулишу и исталоже у секундарном таложнику. За живот микроорганизама је потребна одређена количина супстрата, односно отпадне воде која у себи садржи суспендоване колоидне и растворене органске и неорганске материје, и одређена количина ваздуха, односно кисеоника. Квалитативне биохемијске реакције за стабилизацију органске материје у активном муљу могу се приказати једначином:[3]

Инертне материје + органске материје + кисеоник + храњиве материје + микроорганизми = нови микроорганизми + CO2 + додатне инертне материје

У биоаерционим базенима се одвијају метаболичке реакције синтезе и респирације, при чему се формира микробиолошки флок који се храни органским материјама из отпадне воде. Поред микробиолошког флока у биоаерационим базенима се налазе и инертне и неразградљиве материје. Микроорганизми се углавном састоје од 70 – 90 % органске и 10 – 30 % неорганске материје. Њихово формирање и количина зависе од састава отпадне воде.

Флокуле активног муља састоје се из великог броја у више слојева распоређених бактерија које могу бити обавијене слојем слузи. Због своје велике површине и негативног наелектрисања, муљ има знатну апсорпциону моћ и садржи пуно везане воде (до 80%).

Иза аерационих базена налазе се секундарни таложници у којима се таложењем одваја микробиолошки флок, који се затим рециркулише у биоаерационе базене да би популација микроорганизама у њима била константна.

Биоаерациони базени представљају срж система са активним муљем. За одвијање реакција у биоаерационим базенима неопходно је присуство ваздуха којим се врши разлагање супстрата и добија потребна енергија за синтезу и дисање ћелија. На процес биолошке аерације изузетно штетно утичу и мале концетрације тешких метала као и отровне материје (приказане у Табели 4.1.), које углавном потичу из индустријских отпадних вода, па је исте потребно уклонити одговарајућим предтретманом, уколико дође до повећања њихових концетрација у водопријемнику.

28

Табела 4.1. [3] Загађивач MDK, mg / dm3Алуминијум 15 - 26Амонијак 480Арсен 0,1Кадмијум 10 - 100Калцијум 2500Хром6+ 1 - 10Хром3+ 50Бакар 1Цијаниди 0,1 - 5Гвожђе 1000Олово 0.1Манган 10Жива 0.1 - 5Никл 1 - 2.5Сребро 5Цинк 0.08 - 10Феноли 200

Следећи савремене светске тенденције, предвиђено је уклањање азота у оквиру биолошког дела третмана помоћу процеса нитрификације – денитрификације. У комуналним водама претежно се налази амонијачни и органски везан азот. Уклањање азота из отпадних вода може се постићи биолошким и хемијским поступцима. Изабрано је биолошко уклањање азота интеграцијом нитрификације и денитрификације у класичан процес са активним муљем.

У току процеса нитрификације амонијачни азот се у аеробним условима у присуству микроорганизама Nitrosomonas преводи у нитрите, а затим помоћу Nitrobacter у нитрате:

2NH3 + 3O2 → 2NO-2 + 2H+ + 2H2O

2NO-2 + O2 → 2NO-

3

Друга фаза уклањања азота јесте процес денитрификације у коме, под утицајем микроорганизама и у аноксичним условима, долази до редукције нитрата до елементарног азота који се десорбује из воде. Извор угљеника за развој микроорганизама је органско загађење присутно у отпадној води. У процес денитрификације уведено је мешање ради униформније расподеле садржаја по запремини базена:

6NO-3 + BPK → 5CO2 + 3N2 + 7H2O + 6OH-

Пошто је канализациони систем општег типа значи да би у кишном периоду на постројење могао доћи ''dry weather flow’’ (временски прилив) мултиплициран неколико пута. Значи комплентна линија третмана отпадне воде је димензионисана на ''dry weather flow’’. Хидраулички проблем се решава изградњом ретензије која би примала вишак воде у том првом удару, а касније би се та вода контролисано враћала на сам почетак процеса (испред грубих решетака односно на примарну прераду).

Концетрација BPK5 на улазу у постројење износи 189,2 mg/dm3. На примарним таложницима се одваја 30% BPK5.

У Табели 4.2. су дате вредности BPK5 на улазу у постројење, након примарних таложника и након биоаерације за ''dry weather flow’’ – Q и за разблажења 2Q, 3Q, 4Q, 5Q.

29

Табела 4.2. [3]

Разблажење Улазни BPK5

mg/dm3BPK5 након примарних

таложника mg/dm3

BPK5 након биоаерацијеmg/dm3

Q 189,2 132,5 13,252Q 94,6 66,2 6,623Q 63,07 44,1 -4Q 47,3 3,1 -

5Q 37,8 26,46 -

У процесу активног муља се уклања 90[%] BPK5. С'обзиром да су при двоструком разблажењу процесни параметри још увек у препорученом опсегу, BPK5

ефлуента ће за ''dry weather flow’’ износити 132,5 mg/dm3, а у случају двоструког разблажења 66,2 mg/dm3. Чак и да процес ради са мањом ефикасношћу, степен пречишћавања је довољан да се сведе BPK5 ефлуента на прописан ниво.

У случају великих разблажења (5 и више) треба искључити рециркулацију муља и воде. Степен разблажења и механички третман ће свести BPK5 ефлуента на прихватљив ниво. Процеси нитрификације и денитрификације се неће одвијати, неће бити довољно активног муља, и анаеробном дигестијом се неће формирати биогас задовољавајућег квалитета што ће се одразити на подмиривање енергетских потреба постројења.

У случају троструког и четвороструког разблажења , препорука је да се убрза увођење линије за уклањање фосфора и да се дозирањем алуминијум-сулфата и полиелектолита изврши хемијски третман и на тај начин уклони присутно органско загађење.

За прорачун процеса биоаерације потребно је дефинисати и усвојити следеће параметре (ознаке усвојене према америчкој технологији): [3]

MLSS – означава концетрацију микробиолошког флока, односно суспендованих материја у биоаерационим базенима. Ова вредност варира у зависности од изабраног подтипа процеса са активним муљем. Како је овде изабран интегрални процес нитрификације, денитрификације вредност MLSS треба да се креће у опсегу 2500 - 3500 mg/dm3.

RASSS, WASSS, [mg/dm3] - означавају концетрацију суспандованих материја у рециркулисаном и вишку муља, респективно.

RAS, WAS, [m3/h] или скраћено R или W су протоци рециркулисаног и вишка муља, респективно.

SRT – представља ознаку за време задржавања муља у систему за биоаерацију, и у зависности од начина вођења процеса износи 5 – 15 дана.

ОМ – је оптерећење муља које зависи од SRT и односа количине суспендованих материја и БПК5 изражено у Kg/Kg dan.

Rm – проток муља који рециркулише у биоаерационе базене, [m³/h]. Rv – проток воде који рециркулише у биоаерационе базене, [m³/h]. РОс – количина кисеоника потребна за уклањање органског угљеника, [Kg/dan]. PОN – количина кисеоника потребна за уклањање азота [Kg/dan]. ND – број дифузора

Потребна запремина базена за процес нитрификације:

30

где је: = 460 dm3/s, тј. 39 744 m3/dan,

= 132,5 mg/dm3= 3 000 mg/dm3

= 0,2 Kg/Kg dan

- Усваја се запремина нитрификационог дела ( ) од 8 800 m3

- Запремина денитрификационог дела ( ) износи 3600 m3

Укупна запремина базена:

- - број базена 4

- - висина воденог стуба 5 m,

- - површина хоризонталног попречног пресека по базену је 620 m2.

Активни муљ представља флокулатну творевину која је обично мрке боје. Тамна боја означава да се он налази близу септичких услова, док је светла боја последица недовољне аерације. Активни муљ у добром стању има карактеристичан мирис који није непријатан. Лако се стабилизује, сам или у смеши са примарним муљем. Муљ се таложи у секундарним таложницима и рециркулише у биоаерационе базене ради одржавања концетрације суспендованих материја у њима, с' обзиром да је то услов да ефикасност процеса буде висока. Поред рециркулације муља, ради постизања оптималних услова за процесе нитрификације и денитрификације, врши се и рециркулација дела тока након биоаерационих базена. Један део муља из секундарних таложника се, као вишак муља транспортује у примарне талиожнике и на тај начин издваја из система.

Количина, заправо протоци рециркулисаног муља, вишка муља и рециркулационог тока зависе од органског оптерећења, хидрауличког оптерећења, садржаја суспендованих материја и азота у биоаерационим базенима, као и садржаја суспендованих материја у повратном муљу.

Вредност протока рециркулисаног и вишка муља, као и рециркулисаног тока одређени су постављањем масеног биланса за систам биоаерационих базена, са интегрисаним процесима нитрификације и денитрификације, и секундарних таложника:

Однос (однос збира рециркулисаног муља и рециркулисаног тока и протока отпадне воде) може варирати у опсегу 2 – 2,5. Зато су предвиђене аксијалне пумпе са потопљеним мотором за рециркулацију муља и воде, максималног капацитета 816 dm3/s.

31

На основу биланса биоаерационог система одређује се и дневна количина вишка муља. За транспорт вишка муља на примарне таложнике, користи се потопљена центрифугална пумпа, плус једна резервна, капацитета по 24 m³/h.

Аерација базена у процесу са активним муљем врши се ваздухом. Кисеоник се уводи у део базена где се одвијају процеси нитрификације и уклањања органског загађења.

Потребна количина кисеоника ( ) јесте збир потребних количина за разградњу органских материја и за оксидацију амонијачног до нитратног азота:

где је: = 0,54 - дневна потреба кисеоника по m3 воде за разградњу органских материја

= 0,23 - дневна потреба кисеоника по m3 воде за оксидацију амонијачног до нитратног азота

- хидраулично време задржавања отп. воде у базену, dan

где је: - запремина базена, m3

- запремина базена за процес нитрификације, 8 800 m3

- запремина базена за процес денитрификације, 3 3600 m3

Количина ваздуха:

За садржај 69,6 g О2/m³ ваздуха (0,0696 Кg О2/m³ ваздуха) потребно је:

32

За четири биоаерациона базена усвојена су два радна компресора, са једним резервним, капацитета 52 m³/min. Ваздух се у биоаерационе базене уводи путем дифузора.

Количина ваздуха по базену:

Усвојена је производност дифузора ( ) од 4 m³/h.

Број дифузора, по биоаерационом базену износи:

Усвојено је 400 дифузора по базену.

ПРОЈЕКТНИ КРИТЕРИЈУМ:

- број биоаерационих базена: 4- време задржавања за укупну запремину (за ): 7,5 h-димензије базена: 620 m2 x 5 m-мешалица у делу за денитрификацију:

-тип: пропелерна-снага: 11kW-комада: 4

-конц. суспендованих материја у биоаерационом базену: 2500-3500 mg/dm3-аксијалне пумпе за рециркулацију муља и воде капацитета 816 dm3/s

-број комада:1+1-центрифугалне пумпе за вишак муља:

-капацитет: 24 dm3/s-број комада: 1+1

-компресори за аерацију базена:-капацитет: 52 m³/min-број комада: 2+1

-укупан број дифузора у биоаерационим базенима: 4 400

б ) Секундарно таложење

Функција процеса таложења након биоаерације је:

Постизање концетрације суспандованих материја на излазу у складу са захтевима пројектног задатка;

Постизање концетрације BPK5 на излазу у складу са захтевма пројектног задатка:

Одвајање пречишћене отпадне воде од активног муља; Скупљање и угушћивање муља;

33

Складиштење активног муља при повећаном оптерећењу у аерационим базенима.

Секундарни таложници

За уклањање активног муља из поступка биолошког пречишћавања отпадне воде користе се секундарни таложници. За разлику од примарних таложника, којима је основна функција избистравање отпадне воде, секундарним таложницима је подједнако важна и функција угушћивања муља. По конструкцији се секундарни таложници не разликују битно од примарних таложника, с'тим да је код секундарних таложника највећа пажња посвећена механизму за уклањање муља који су већих капацитета.

Усвојена су два секундарна таложника кружног облика.

Смеса микробиолошког флока, мале количине суспендованих материја и неразградљивих биолошких материја, насталих таложењем у секундарном таложнику се једним делом рециркулише у аерационе базене. Остатак муља се шаље у примарни таложник, а затим у угушћивач и линију муља. Овакви секундарни таложници морају имати константно одвођење муља да у њима не би дошло до стварања анаеробних услова. У висини нивоа воде постављена је летва чија је функција да уклања пену и пливајуће материјале. Све пливајуће материје потискују се према каналу на ивици базена, а помоћу згрталице се одводе у шахт и даље цистернама на депонију.

Згртач за муљ је обешен на носеће цеви моста, који га при свом кружном кретању вуче за собом, а ослања се на дно таложнице преко котрљајућих точкова. Мост је у средини базена везан за централни лежај са лоптастим обртним спојем. Закривљеност згрталице одговара логаритамској спирали која се протеже од ивице базене до централног левка за муљ.

Вода се уводи у таложнике у хоризонталном току кроз централни део грађевине преко улазних елемената, тако да се радијално распоређује у струји према преливном кориту.

Основни проблем у раду секундарних таложника су појаве флотирања и бујања муља.

Флотирање муља који је добрих таложних особина, настаје због изражене денитрификације у слоју муља: настали мехурићи азота флотирају флокуле муља на површину. Проблем се решава смањивањем старости муља и смањивањем дубине слоја исталоженог муља.

Бујање муља је последица његових слабих таложних особина и мале компатибилности, до чега долази из два разлога:

(1) због раста фламентозних организама и (2) због пораста хидратационог омотача бактерија у саставу флокула што доводи до смањења густине флокула и спречавања таложења. Најчешћи узрок бујања муља је недовољна концетрација раствореног кисеоника у води услед недовољне аерације. Бујање муља се неутралише отклањањем узрока те појаве или у инцидентним случајевима, и то само ако је настало због раста фламентозних организама, бујање муља се спречава додатком биоцида, обично хлорисањем.

Приликом димензионисања таложника прорачун је извршен за следеће протоке:- максимални часовни проток,

- максимални дневни проток,

- средњи дневни проток, Усвојена су два секундарна таложника:

- пречник таложника, (ds.t) 38 m висина воденог стуба (Hs.t) 3,5 m .

34

Хидрауличко оптерећење :

где је: - проток отпадне воде, m3/h - број таложника

- површина таложника, m2

- Максимално часовно хидраулично оптерећење:

- Максимално дневно хидраулично оптерећење:

- Средње дневно хидраулично оптерећење:

Време задржавања:

где је: - запремина таложника, m3

35

Оптерећење на преливу:

где је: - обим прелива m

ПРОЈЕКТНИ КРИТЕРИЈУМ:

-број јединица 2-пречник таложника 38 m-висина воденог стуба 3,5 m-хидрауличко оптерећење (за ) 0.73 m/h

36

-време задржавања (за ) 4,79 h-оптерећење на преливу 7,13 m3/m h

4.1.3. ТРЕТМАН МУЉА

У процесима таложења формира се муљ, који има веома велики садржај влаге. Да би се одложио на депонију, потребно је стабилизовати га и смањити му проценат влаге.

Процеси на линији третмана муља су: примарно угушћивање; дигестија; секундарно угушћивање и кондиционирање; обезводњавање муља.

Укупну дневну количину муља коју треба даље третирати чине муљ из примарних таложника и вишак активног муља који се као ток одваја од рециркулисаног и доводи до примарних таложника. На основу вредности оптерећења на преливу примарних таложника изражава се ефикасност уклањања суспендованих материја у овом процесу. За конкретан случај она износи 60%.

Дневна количина суспендованих материја из процеса примарног таложења:

С обзиром да се одређена количина суспендованих материја издвоји и у аерационим песколовима усваја се да је 3

Из процеса биоаерације дневно се уклања и одређена количина (4737,6 Кд BPK5 /dan), вишак, муља.

Количина суспендованих материја ( ) из вишка муља:

(усвојени фактор стабилизације износи 0,6)

Укупна дневна количина суспендованих ( ) материја је збир количине из примарног муља и количине из вишка муља.

Према подацима из праксе и литературним подацима, концетрација муља из примарних таложника износи 4 %. Вишак муља, који се доводи у примарне таложнике, погоршава таложне карактеристике примарног муља тако да је усвојена концетрација од 2,5 %.

37

Масени проток муља, :

Запремински проток муља, : ,

Муљ се помоћу центрифугалних пумпи са потопљеним мотором пребацује из шахта код примарних таложника, на примарни угушћивач. За транспорт муља предвиђене су једна радна и једна резервна пумпа капацитета 57 m³/h . Муљ се на примарне угушћиваче пребацује дисконтинуално.

4.1.3.1. ПРИМАРНО УГУШЋИВАЊЕ МУЉА

Издвојени сирови муљ из примарних таложника заједно са вишком активног муља, који се из секундарних таложника пребацује у примарне таложнике препумпава се у примарни угушћивач. Одабрано је гравитационо угушћивање. У угушћивачу долази до компресије муља продуженим временом задржавања, чиме се постиже оптимална концетрација муља за дигестију.

Примарни угушћивач

Усвојен је гравитациони, кружни угушћивач, који ради континуално. Муљ из примарних таложника се уводи у централни дефлектор из ког се радијално распоређује по угушћивачу. На угушћивачу је лоциран мост на коме се налази гребач са централним погоном. Руке гребача имају погон преко вертикалне осовине. Гребач гура муљ по дну са нагибом ка централном делу где је лоциран левак за муљ. Одавде се муљ пумпама пребацује на дигесторе.

Усвојен је један угушћивач пречника ( ) 11 m и висине воденог стуба ( ) 4 m .

- Oптерећење муља, :

где је: - површина угушћивача, m2:

38

- Време задржавања муља у угушћивачу, :

где је: - запремина угушћивача, m3

Муљ након процеса угушћивања има концетрацију од 5 %.

- Количина муља, :

285,78 m3/dan - 142,89 m3/dan = 142,89 m3/dan улаз муља излаз муља супернатант

Супернатант из процеса примарног угушћивања, у дневној количини од 142,89 m3 се враћа на почетак процеса.

За пребацивање муља са угушћивача на дигесторе, усвојене су ексцентричне пужне пумпе, једна радна и једна резервна, капацитета 13 – 36 m3/h, које раде дисконтинуално.

ПРОЈЕКТНИ КРИТЕРИЈУМ

- пумпе за транспорт муља на угушћивач:-тип: центрифугалне потопљене-комада. 1+1-капацитет: 57,24 m3/h

- угушћивач:-тип: гравитациони кружни-број комада: 1-пречник: 11 m-висина воденог стуба: 4 m-оптерећење: 77,47 Kg S.M / m2 dаn-време задржавања: 1,33 dan

- пумпе за транспорт муља на дигесторе:-тип: ексцетричне пужне-комада: 1+1-капацитет. 13 – 36 m3/h

4.1.3.2 . АНАЕРОБНА ДИГЕСТИЈА

39

Анаеробна дигестија је вишестепени биолошки процес којем подлежу различити типови органских материја, у току кога долази до разлагања једињења до метана, угљендиоксида и биомасе као крајних производа. Процес се одвија као низ сукцесивних корака: прво се процесом хидролизе разлажу органски полимери у мање молекуле, који даље подлежу процесу ферментације. Ферментациони продукти су испарљиве масне киселине, угљендиоксид, водоник и етанол, који се у следећем кораку хемијски трансформишу до сирћетне киселине, угљендиоксида и кисеоника. Финални корак анаеробне стабилизације муља је метанска ферментација која као крајње продукте даје угљендиоксид и метан. Цела група реакција може да се посматра као микробиолошки ланац исхране, где продукт метаболизма једне групе служи као храна другој.

Физичко-биолошки фактори који утичу на степен стабилизације муља су: температура; хидрауличко време задржавања; време задржавања чврстих материја; оптерећење чврстим материјама; тип муља.Хемијски фактори који обезбеђују функционисање анаеробног процеса, по

својој природи биохемијски, су: рН; алкалитет; испарљиве киселине; нутритијенти; токсична једињења; елементи у траговима.

Процес се одвија у анаеробним дигесторима, трулиштима. Усвојени су реактори са комплетним мешањем.

Операције које се одвијају у трулишту обухватају:- довођење сировог угушћеног муља;- загревање, мешање и издвајање насталог гаса;- одвођење надмуљне течности (супернатант);- одвођење стабилизованог муља.

Анаеробним третманом органског муља се постиже разградња до стабилизованог производа, смањење његове масе и запремине, добијање корисних нуспроизвода и дензинфекција преврелог муља у одређеној мери. У анаеробном дигестору долази до врло слабог природног мешања које настаје услед издвајања гасних мехурова у муљу и услед термичке конвекције до које долази након додавања загрејаног муља. С'обзиром да је потребно формирати хомогену масу муља у дигестору и користити комплетну запремину за одвијање процеса, предвиђено је мешање свежег муља и биомасе помоћу компримованог биогаса. Мешање може бити стално или повремено, али мора да обезбеди равномерну расподелу садржаја у дигестору. Идеално је да мешање буде стално, осим приликом испуштања супернанта.

Да би концетрација муља била константна, потребно је дневно издвојити муљ из дигестора. Одвођење муља из дигестора се обавља са дна дигестора. Стабилизовани муљ се препумпава у секундарни угушћивач, где се врши његово складиштење пре обезводњавања.

Надмуљна течност је течна фаза која је у дигестор унета заједно са сировим муљем, или се ослобађа током процеса. Има висок садржај BPK5, суспендованих материја и амонијум јона, и јак мирис, брзо се распада. Њено издвајање се врши до нивоа муља у дигестору.

Финални продукт анаеробне разградње органске материје, поред биомасе, сачињава биогас састављен из метана, угљен диоксида и других примеса, који се може користити као гориво. Укупна количина гаса који се производи процењује се на основу количине испарљивих чврстих честица које се разлажу. Произведени биогас се

40

издваја и скупља у куполи дигестора, на којој је постављен систем за одвођење биогаса ка резервоару, одакле се користи за сагоревање у гасном мотору за производњу електричне енергије. Уколико гас није задовољавајућег квалитета спаљује се на бакљи.

Гас генератор је агрегаторско постројење чија је превасходна намена производња електричне струје сагоревањем биогаса. Електрична енергија се користи за снабдевање локалних потрошача, чиме се постиже значајна уштеда. Као продукат сагоревања се ствара топлотна енергија и то од хлађења мотора и од хлађења издувних гасова. Ова топлота се у систему измењивача користи за снабдевање потрошача.

Биогас се користи и у котларници, где се сагоревањем добија топлота за загревање потрошача, при чему се интервентно може користити и лож уље као алтернативно гориво у случају да нема биогаса.

Количина муља која долази на дигестију износи 142,89 m3/dan .

Као главни критеријум при прорачуну процеса дигестије, коришћено је оптерећење дигестора испарљивим материјама (VSS). За 5%-тни сирови муљ усвојено је оптерећење VSS ( ) од 2,64 Kg VSS/m3 dan.

Потребна запремина дигестора:,: :

где је: - дневна количина испарљивих материја, 3

Усвојена су три дигестора ефективног пречника и висине 10 m и 15 m респективно. Запремина по дигестору износи 1177,5 m3.

Стабилизацијом муља током дигестије се смањује удео испарљивих материја у муљу, док концетрација муља остаје иста, па је количина муља након овог процеса:

QM =

- Проток супернатанта износи 42,89 m3/dаn .

142,89 – 100 = 42,89 m3/d

Опсег температура у коме треба водити процес дигестије износи 34 – 37 ºС. За загревање свежег муља и за покривање губитака топлоте у дигесторима врши се загревање муља у рециркулацији и угушћеног муља који улази у процес, у размењивачу топлоте.

Потребна количина енергије за загревање свежег муља износи (биланс је постављен за зимски тј. неповољни период):

Е = ρ x Cs x QM.U. (T1 – T2) где је:

ρ - густина муља

41

Cs - специфична муљна константа

QM.U - специфични топлотни капацитет муља

Т1 - Т2 - разлика температуре

Е = 1030 x 1,163 x 10-3 x 6 x 42

Е = 301 kW

4.1.3.3. ЛИНИЈА ГАСА

Као продукт разлагања испарљивих органских материја у процесу настаје биогас који се скупља у куполи дигестора. Дигестори и резервоар биогаса раде као спојени судови на малом надпритиску, тако да гас слободно одлази у резрвоар до употребе. Количину насталог биогаса је потребно мерити, али и стално квалитативно контролисати преко садржаја угљен диоксида.

Биогас је смеша гасова и састоји се у запреминском уделу из 65 – 75 % метана, 25 – 30 % угљен диоксида и мале количине азота, водоника, водоник-сулфида и кисеоника. Продукција гаса PG варира у зависности од садржаја испарљивих материја у муљу и биолошке активности у дигестору, а креће се у опсегу 17 – 28 dm3 / ЕS dan. За прорачун расположиве енергије биогаса усвојена је вредност pG = 25 dm3 / ЕS dan, као и енергетска вредност биогаса од е = 22 kJ/dm3.Продукција гаса, :

PG = 126000 x 25 x 0.001 m3/dm³ = 3150 m3/d

што је еквивалентно количини енергије од:

E = 3150 x 22 x1 000 x

Биогас се пре употребе или спаљивања на бакљи, складишти у резервоару, запремине 1050 m3. Резервоар је с'обзиром на искуствене параметре производње и потрошње биогаса, димензионисан на осмочасовну производњу:

Усвојен је један резервоар за биогас, запремине 1600 m3, мембранског типа.Из дигестора гас излази и заједничким водом пролази кроз линију

пречишћавања, која се састоји од керамичког филтра и филтерске батерије за уклањање сулфида из гаса на каталитичкој испуни.

Биогас настао у дигесторима се користи за погон гасних мотора генератора електричне енергије и за стварање топлотне енергије у котлу, а евентуални вишак ће се складиштити у резервоару за биогас.

Да би се систем обезбедио од прекомерног повећања притиска на цевовод који спаја дигесторе и резервоар прикључена је бакља капацитета 230 m3/h која се аутоматски укључује и сагорева вишак гаса.

У унутршњости резервоара је мембрана која одваја горњи ваздушни од доњег гасног простора. Резервоар је заштићен од препуњавања (повећања притиска) хидрауличким вентилом сигурности, резервоар је опремљен индикатором притиска у гасном простору и уређајем за заштиту од вакуума.

42

У котларници је смештен топловодни котао који служи као алтернативни извор топлоте у периоду када се иста из било ког разлога не може добити хлађењем гасног генератора као основног извора топлоте. У оквиру котларнице смештени су експанзиона посуда са мембраном, као и раздељивач и сабирник топле воде система 80/60 ºС. Гас генератор као основни и котао као резервни извор топлоте везани су паралелно на раздељивач и сабирник.

Гас генератор је агрегатско постројење за производњу електричне енергије. Поред производње ел. ен., топлота хлађења мотора се користи за примену топле воде за технолошке потребе и грејање инфраструктурних објеката. Погонско гориво је биогас који се складишти у резервоару биогаса и доводи из разделника биогаса смештеног у просторији керамичких филтера. Пре употребе гас пролази кроз керамичке филтере капацитета довољног да у потпуности пречисте укупну продукцију биогаса, опремљене обилазним водом и прикључком за дренажу кондензата. Биогас се после пролаза кроз керамичке филтере уводи у разделник од ког полазе гасоводи за гас генератора и котао.У случају појаве вишка гаса у систему, или гаса неодговарајућег квалитета, потребно је течан гас спалити. За спаљивање се користе бакље, димензионисане тако да су у могућности да спале максималну производњу гаса:

126000 ES x 0.028 m3/ES d x = 147 m3/h

0.028 m3/ES/d - продукција биогаса

Усвојена је једна бакља, за спаљивање гаса капацитета 230 m3/h.

ПРОЈЕКТНИ КРИТЕРИЈУМ:

-број дигестора: 3-запремина по дигестору: 1177,5 m3-ефективни пречник: 10 m -ефективна висина течне фазе: 15 m -оптерећење: 2,64 Kg VSS/m3/dan -време задржавања: 16,4 dan -просечна продукција гаса: 3150 m3/dan -резервоар биогаса:

-запремина: 1600 m3-време задржавања: 12,19 h

-енергетска вредност биогаса: 802 kW -потребна енергија за загревање муља: 310 kW Капацитет бакље за спаљивање биогаса: 230 m3/h

4.1.3.4. СЕКУНДАРНО УГУШЋИВАЊЕ

Функција овог процеса је угушћивање дигестираног муља и егализација пре транспорта на тракасте филтер пресе.

Секундарни угушћивач

У процесној линији се налази иза дигестора. По процесним карактеристикама идентичан је примарном угушћивачу.

Количина муља која након дигестије, QMD долази на угушћивач износи 85,73 m3/dan.

Проток суспендованих матрија,S.M.uk је 4415,3 Kg S.М./dan, респективно.

43

Усвојен је гравитациони кружни угушћивач, пречника 10 метара и висине воденог стуба 4 метра. Време задржавања и површинско оптерећење се рачунају према следећим изразима:- Oптерећење муља, :

где је: - површина угушћивача, m2:

OM =

- Време задржавања муља у угушћивачу, :

где је: - запремина угушћивача, m3

tU =

Муљ након процеса секундарног угушћивања има концетрацију суспендованих материја 5,5%.

- Количина муља, :

=

=

Супернатант из процеса се рециркулише на почетак процеса у количини од:

85,73 m3/dan - 77,94 m3/dan = 7,79 m3/dan

ПРОЈЕКТНИ КРИТЕРИЈУМ:

- број угушћивача 1- пречник 10 m - висина воденог стуба 4 m - време задржавања 3,66 dan - површинско оптерећење 56,25 Kg SM /m2 dan

Обезводњавање муља

44

Пре коначног одлагања муља потребно је издвојити што већу количину воде. Стабилизовани муљ се кондиционира полиелектролитом и затим се транспортује на обезводњавање.

Тракасте филтер пресе конструисане су тако да се по дужини састоје из три зоне: зоне оцеђења зоне притиска зоне ломљења

У њима се муљ ослобађа воде дејством гравитације, механичким притиском горње уз доњу траку и цик-цак кретањем и ломљењем.

Тракаста филтер преса ради пет дана у недељи.

Количина муља qMP, износи:

qMP = x

qMP = 77,94 m3/d7 x = 109,12 m3/d5

Поштујући оперативни захтев да се обезводњавање муља врши у првој и другој радној смени, усвојена је тракаста филтер преса капацитета = 12 m3/h.

Број радних сати пресе, дневно је:

=

=

Часовни ''доток'' суспендованих материја на филтер пресу износи 485,57 Kg SM / h. Усвајајући пројектни критеријум од 450 KgSM /m h потребна ширина траке, B износи:

B =

Усваја се стандардна ширина траке од 1,2 метра.

Гарантована концетрација суспендованих материја у обезводњеном муљу износи 20%, па је запремина муља која излази из постројења, VIM :

VIM = , m3/d5

VIM = m3/d5,

- густина муља након примарног угушћивања, , [3]

На почетак процеса, у линији воде, враћа се процедна вода:

109,12 m3/d5 - 21,03 m3/d5 = 88,09 m3/d5

Транспорт муља

45

Из секундарног угушћивача се муљ пумпама транспортује на тракасте филтер пресе. Усвојене су ексцентричне пужне пумпе, максималног капацитета 12,5 m3/h, једна радна и једна резервна.

Кондиционирање муља

Кондиционирање је поступак којим се постиже боље издвајање воде из муља приликом угушћивиња и обезводњавања, тиме што се мења конзистенција муља: од аморфне масе сличне гелу, муљ се преводи у материјал који далеко лакше ослобађа воду.

Циљ хемијског кондиционирања (додатком органских или неорганских коагуланата и флокуланата) је да се укрупне суспандоване честице чиме се ствара порозна структура муља од крупнијих и мање хидратисаних честица. Ради лакшег и ефикаснијег одвијања процеса обезводњавања муља, врши се његово кондиционирање катјонским полиелектролитом. Хемикалија се дозира на потису ексцентричних пужних пумпи за транспорт муља са секундарног угушћивача. Доза електролита, DE је 0,25 Kg/m3 mulja. Линија дозирања се састоји од два резервоара за припрему и сазревање раствора , вакуум транспортера и дозир пумпи.

Капацитет линије за дозирање, G износи:

G = DE x Kg/h, где је:

- каацитет филтер пресе [m3/h]

G = 0.25 Kg/m3 x 12 m3/h = 3 Kg/h

Користи се 0,5%-тни раствор полиелектролита. Раствор се разблажује до концетрације од 0,25%, непосредно пред дозирање у цевовод.

Раствор се дозира клипним пумпама капацитета, VKP:

VKP =

Уз радну пумпу монтирана је и резервна дозир пумпа истог капацитета.

Потребна количина полиелектролита, GE за месечну резерву на складишту износи:

GE = 3 Kg/h x 9 h/dan x 30 dan/mesec = 810 Kg/mesec

GE = 35 врећа по 25 килограма

Након третмана на тракастим филтер пресама обезводњени муљни колач се сакупља у контејнере и одвози камионима до уређене санитарне депоније где се коначно одлаже. Типични састав суве материје филтер колача дат је у табели бр: 4.1

Табела 4.1. [3]ЕЛЕМЕНТ Садржај суве супстанце муљног колача, (% сагорљивих)

46

Угљеник 55Водоник 10Кисеоник 30Азот 3Сумпор 1Топлотна вр., [кЈ/Kg] 18600-23260

Пре коначног одлагања, анаеробно стабилизован и обезводњен муљ може бити подвргнут процесима сушења топлотом, спаљивања или компостирања уз добијање корисних нуспроизвода.

Сврха сушења је уклањање влаге, редукција укупне запремине муља, задржавање фертилизационих способности влажног муља, уништавање патогених микроорганизама и добијање крајњег продукта без непријатног мириса. Неопходно је обезбедити извор топлотне енергије не само за загревање улазног муља до 100 °C, већ и за деодоризацију излазних гасова чију температуру треба подићи на 650 до 760 °C, као и за покривање губитака зрачењем који су неминовни. Муљ се након сушења може користити као ђубриво.

Терминална редукција муља укључује:- потпуну или делимичну конверзију органских материја до крајних производа оксидације, превасходно угљендиоксида и воде спаљивањем или оксидацијом влажним ваздухом, или- делимичну оксидацију и волатизацију органских материја процесом пиролизе до крајних продуката са одређеном топлотном вредношћу. Процесима термалне редукције се подвргавају обезводњени нетретирани муљеви. Стабилизација муља не само да је непотребна, већ може смањити ефикасност процеса спаљивања.

Компостирање је процес у ком органски материјал подлеже биолошкој деградацији до стабилног крајњег продукта. Око 20-30 % волатилних суспендованих материја се конвертује до угљендиоксида и воде, а како се процес компостирања одвија у термофилном температуртом режиму, добијени муљ је пастеризован. Компостиран муљ се може користити за ђубрење земљишта.

ПРОЈЕКТНИ КРИТЕРИЈУМ

-тракасте филтер пресе:-комада: 1+1-капацитет: 12 m³/h

-ширина траке. 1,2 m -број радних сати: 9 h

-транспорт муља на пресе:-тип пумпе: ексцентричне пужне-комада: 1+1-капацитет: 12,5 m³/h

-кондиционирање муља;-хемикалија: катјонски полиелектролит-доза хемикалије: 250 g/m³ -капацитет дозатора: 3 Kg/h -капацитет дозир пумпе: 600 dm3/h -месечна резерва на складишту: 875 Kg

4.2. ТЕХНОЛОШКИ ОПИС ПРОЦЕСА; КОНЦЕПЦИЈА ПОСТРОЈЕЊА

47

На одређивање концепције постројења утичу многи фактори као што су количине и квалитет отпадних вода, динамика оптерећења постројења, локација постројења, потребна површина земљишта за изградњу постројења, фазност изградње, захтев за квалитетом пречишћеног ефлуента, стање и квалитет реципијента, могућност одлагања и трајне диспозиције муљева, енергетски захтеви постројења, еколошки утицај постројења на околину и животну средину и још читав низ чинилаца о којима се мора водити рачуна при дефинисању начина прераде отпадних вода.

Имајући у виду ове факторе, приказана је концепција која обухвата комплентно пречишћавање отпадних вода, комбинацијом физичко-хемијских и биолошких метода пречишћавања, као и анаеробну обраду муља са његовом дехидратацијом, где се као резултат добијају стабилизован муљ који се може користити као ђубриво у пољопривреди или одлагати на санитарне депоније и биогас као квалитетан извор енергије.

Значи ова концепција има квалитативно нов приступ, где се отпад не третира као отпад, већ као ресурс за добијање ђубрива и енергије. Добијеном енергијом могу се у великој мери подмирити потребе осталих енергетских потрошача на постројењу.

Из овако дефинисане концепције постројења, произилазе основне технолошке целине, укомповане у јединствени технолошки процес пречишћавања отпадних вода.

Та целине су: линија воде (прилог бр. 1); линија муља са енергетском линијом (линијом биогаса), (прилог бр. 2).Као што је већ речено, свака од ове две линије може се третирати као засебан

технолошки процес и у даљем тексту ће на такав начин и бити описане.[3]

4.2.1 ЛИНИЈА ВОДЕ

Линија воде, као технолошки процес пречишћавања отпадних вода, се састоји од следећих фаза:

- процес грубог процеђивања на грубим механичким решеткама;- препумпавање центрифугалним пумпама на фине механичке решетке;- процес финог процеђивања на финим механичким решеткама;- процес издвајања песка и грубог суспандованог материјала у аерисаним

песколовима;- премпумпавање отпадне воде на примарне таложнике;- процес примарног таложења у примарним таложницима;- процес биолошке аеробне обраде у биоаерационим базенима са

рециркулацијом активног муља;- процес секундарног таложења у секундарним кружним таложницима;- процес додатне коагулације помоћу алуминијум сулфата;- крајње угушћивање и филтрирање муља у коморним филтер пресама;- испуштање воде у реципијент.-

Технолошке шеме линије воде и линије муља (прилог бр.1 и прилог бр.2) ће послужити за опис процеса пречишћавања.

Отпадна вода се канализационим колектором доводи до улазног доводног канала (1) у који су смештене грубе механичке решетке (2). На њима се обавља грубо процеђивање отпадних вода. Потом се пужним пумпама вода пребацује на фине механичке решетке (3) где се одвија процес финог процеђивања. Затим се каналом вода одводи у складиште сирове отпадне воде (4). Након складишта сирове воде вода се центрифугалним пумпама са потопљеним мотором пребацује на аерисане песколове (5). У овим уређајима се врши седиментација песка и грубог суспендованог материјала, као и одвајање уља, масти и осталог пливајућег матријала који формира површински слој пливајућег муља. Сакупљени песак и муљ из сабирне коморе се помоћу мамут пумпи (6) премпумпавају у резервоар за прање песка где се врши његово испирање и таложење. Транспорт издвојеног песка врши се камионом. Увођење ваздуха у аерисани песколов се постиже преко дистрибутивних порозних цеви , док се сам ваздух обезбеђује помоћу компресора . Исти компресори снабдевају

48

ваздухом и мамут пумпе. Из песколова се вода преливом одводи до разделног апарата са пумпом за дизање воде на примарне таложнике (8). Кружни примарни таложници су уређаји са пакетима за раздвајање који обезбеђују ефикасан процес декантације и таложења најфинијег суспендованог материјала. Згртач за муљ је обешен на носаче цеви моста који га при сваком кружном кретању вуче за собом и ослања се на дно таложнице преко котрљајућих точква. Вода се уводи у таложнике кроз централни део објекта преко Стенгелових елемената, тако да се радијално распоређује у струји према преливном кориту, који је постављен по ободу таложника. Муљ се сакупља у коничном делу таложника у коме се врши и додатно ''сабијање'' и угушћивање издвојеног муља. Избистрена вода се центрифугалном пумпом одводи до биоаерационих базена (11) а вишак муља у складиште примарног муља (16). У биоаерационим безенима (11) се обавља аеробна биолошка обрада, тј. редукција органског загађења, захваљујући активном муљу. Како је бактеријској култури потребан за нормала раст, поред хране (органско загађење), ваздух (кисеоник), то се у биоаерационе базене ваздух уводи преко аератора . Ове аерационе плоче се полажу по дну базена, док им се ваздух доводи разводним цевоводима од компресора (13). Овим начином обављања аерације се обезбеђују најфинији мехури ваздуха у води, а тиме је и транспорт ваздуха у воду максимално могућ. Из биоаерационих базена се вода одводи преливом до секундарних таложника (17) који су исте конструкције као и примарни. У овим таложницима се из воде одвајају флокуле активног муља који се таложи у коничном делу таложника- угушћивача. Вода се уводи у таложнике у хоризонталном току кроз централни део грађевине преко улазних елемената, тако да се радијално распоређује у струји према преливном кориту. Муљ се у конусу додатно ''сабија'' и угушћује а избистрена вода се пумпама даље одводи на додатну обраду у коагулаторе (18).

Исталожени активни муљ из секундарних таложника (17) бива захваћен рециркулационом пумпом (14) и транспортиван у централно складиште за рециркулацију муља (15) из којег се враћа назад у биоаерационе базене. Повремено се вишак активног муља премпумпава у складиште за вишак муља (7) из којег се враћа на примарне таложнике у циљу елиминације из воде и одвођења на даљу обраду. Овом рециркулацијом је обезбеђено коректно одвијање биолошког аеробног процеса разградње органског загађења у биоаерационим базенима.

Из секундарних таложника се вода препумпава у коагулаторе (18) где се одвија процес коагулације помоћу алуминијум-сулфата. Настала суспензија се пребацује у угушћивач муља (19) и на крају се филтрирањем у коморним филтер пресама (20) одваја пречишћена вода од новонасталог муља.Пре испуштања пречишћене воде у реципијент врши се мерење протока и количине прерађене воде.

4.2.2 ЛИНИЈА МУЉА СА ЛИНИЈОМ БИОГАСА

Линија муља

Линија муља, као технолошки процес анаеробне ферментације, се састоји из следећих фаза (прилог бр. 2 -технолошка шема линије муља са линијом биогаса):

- угушћивање издвојених муљева (примарни муљ + вишак активног муља) у примарном угушћивачу;

- препумпавње угушћеног муља у дигесторе;- процес киселинског врења у дигесторима за киселинско врење;- процес метанског врења у матанском ферментору;- угушћивање преврелог муља у секундарном угушћивачу;- процес дехидратације на тракастој филтер преси;- одвоз муљне погаче и њена крајња диспозиција на депонији или коришћење као

високовредног ђубрива у пољопривреди.

Муљеви који се у постројењу издвајају из воде, на првом месту примарни муљ и вишак активног муља, се захватају пумпом и препумпавају у примарни угушћивач муља (1). Мешање и хомогенизација муља, као и згртање угушћеног муља у централну

49

комору, се обавља помоћу згртача са централним погоном. Надмуљна вода се преливом одводи у постројење на почетак процеса, док се угушћени муљ захвата центрифугалним потопљеним пумпама и транспортује у дигесторе киселинског врења (1 и 2). Сирови муљ се пре уласка у дигесторе меша са рециркулационим током муља из дигестора и загрева као смеша до дефинисане температуре.

Прва два дигестора су дигестори киселинског врења, док се у трећем дигестору (3) одвија процес метанске ферментације. Сами дигестори су челичне конструкције са појасевима двоструког омотача кроз које струји топла вода и греје супстрат. Мешање супстрата је обезбеђено мешалицом, односно барботирањем биогаса, који се у дигесторе удувава преко компресора. Дигестори су изоловани слојем минералне вуне и опшивени алуминијумским лимом. Од мерно регулационе опреме, која обезбеђује квалитетно праћење и аутоматско вођење процеса анаеробне ферментације, дигестори су опремљени мерачима температуре, мерачима притиска биогаса, рН- метрима за мерење рН вредности муља, и хидростатичким мерачима нивоа течности за континуално праћење нивоа супстрата у дигестору.

Преврели муљ се пумпама препумпава у секундарни угушћивач (5). У њему се врши угушћивање ферментисаног муља и његова припрема за процес дехидратације. Надмуљна вода се враћа назад у постројење, док се угушћени муљ захвата центрифугалним пумпама и транспортује на даљи процес обраде. Ради побољшања ефекта угушћивања, муљу се додаје катјонски полиелектролит. Дозирање полиелектролита се врши помоћу дозир пумпи, док се сам полиелектролит припрема, раствара и складишти у резервоару (6).Дехидратација муља се обавља на тракастој филтер преси (7). Добијена течна фаза – филтрат се враћа на почетак процеса. Овим се постиже добијање муља у облику који је лако транспортовати на депонију, ако је она крајње одлагалиште.

Чврсти садржај који се издвоји на грубим и финим решеткама се скупља у контејнере. То су комунални контејнери који се, када се напуне, одвозе комуналним возилима на депонију. Садржај тог материјала чине парчади дрвета, пластични предмети, метални предмети, лишће, гума, текстил, папир, остаци хране и слично. Овај материјал је оквашен али је то превасходно чврст отпад.

Линија биогаса

Продукти анаеробне ферментације муља су у највећој мери гасови, чија се смеша једним именом назива биогас, и муљ који је у великој мери стабилизован и ослобођен органске материје и заузима знатно мању запремину и као такав је знатно погоднији за даљу коначну прераду о чему је већ било речи.

Са приложене шеме (прилог бр. 2) се види да се линија биогаса састоји од следећих технолошких фаза:

- издвајање биогаса у дигесторима;- филтрирање биогаса кроз керамички филтер и филтерске батерије;- сакупљање и складиштење биогаса у резервоару за биогас;- енергетска конверзија биогаса у електричну или тплотну енергију, сагоревањем

у гасном котлу, на чије је вратило прикључен генератор.

Пратећи технолошку шему, види се да се издвојени биогас из дигестора, преко филтерског сета (8) одводи до резервоара за биогас (9). Резервоар за биогас је лагане челичне конструкције, решеткастог типа у коме се налази гасна мембрана резервоара за биогас. Из резервоара за биогас следи његова даља дистрибуција и примена. Биогас бива захваћен компресорима и делимично се враћа у дигесторе. Ова рециркулација има двоструку улогу: барботирањем биогаса у маси супстрата постиже се њено квалитетније мешање, док је сам биогас одличан катализатор процеса ферментације. Други део гаса се, преко мерача протока и количине биогаса, доводи гасгенератору (10). Гасгенератор је агрегат који је састављен од гасног ОТО мотора, у којима се врши сагоревање биогаса, на чијем је вратилу преко спојнице везан синхрони генератор за производњу електричне енергије. Овим сагоревањем биогаса у мотору врши се конверзија његове енергије једном делом у топлотну енергију, чији су носиоци

50

вода за хлађење мотора и уља и издувни гасови. Други део је електрична енергија добијена на половима генератора. Топлотна енергија се преко измењивача топлоте користи за загревање дигестора и загревање управне зграде постројења (13). Електрична енергија се користи за подмиривање електричних потрошача самог постројења.

У случају појаве вишка гаса у систему, или гаса недовољног квалитета , потребно је такав гас спалити. За спаљивање се користе бакља (12) димензионисана тако да је у могућности да спали максималну производњу гаса. Потребан ваздух

У више фаза процеса пречишћавања отпадних вода је неопходан ваздух. На првом месту је то процес аеробне биолошке обраде са активним муљем, где је ваздух неопходан због животних функција бактеријске популације. Поред биоаерационих базена, ваздух се уводи и у песколов где му је улога проветравање воде и обезбеђивање спиралног струјања водене масе у песколову.

Ваздух се доводи и на мамут пумпу, где служи суспензији песка из песколова и њено транспортовање у резервоар за прање песка.

5. ЗАШТИТА НА РАДУ

5.1. Принцип заштите од пожара и експлозије 51

На основу приказаног технолошког поступка може се закључити да је примењена технологија, осим линије биогаса пожарно безопасна. С'обзиром да метан чини 60 – 70 [%] биогаса, део постројења у коме се биогас производи, складиштити и користити сврстава се у прву категорију угрожености од пожара.

У циљу превенције неопходно је обезбедити континуалну контролу концетрације гаса у просторијама у којим може доћи до процуривања.

Просторије у којима може доћи до појаве експлозивних смеса су гас генератор, котларница, компресори и филтри. Потребно је предвидити уређаје за детекцију гаса и експлозивних смеса на централном и локалном нивоу.

Такође неопходно је обезбедити адекватну громобранску заштиту на објектима попут резервоара биогаса и дигестора, која је у складу са степеном угрожености ових објеката.

На огранку цевовода који спаја дигесторе и резервоар биогаса се налази бакља на којој се спаљује добијени биогас, ако дође до поремећаја у процесу анаеробне дигестије и продукције гаса са мањим садржајем метана што повећава могућност експлозије или у случају кад је производња већа од потрошње, а резервоар за биогас је пун.

Сваки дигестор је снабдевен сигурносним вентилом који омогућава надпритисак већи од 50 mbar и испушта гас у атмосферу.

Усвојен је аутоматски уређај за сагоревање у котлу са блокадом везама које обезбеђују претходно проветравање ложишта котла пре паљења.

У котларници, филтерској просторији и просторији гас генератора треба обезбедити вентилацију којом ће се обезбедити зона сигурности и стално одвођење топлоте дисипације. Пре пуштања у погон гас генератора врши се претходна вентилација са петоструком изменом ваздуха ради елиминације могућих концетрација биогаса у просторији.

Забрањено је пушење и употреба отвореног пламена. Радови и оправке се могу издвојити само након пражњења инсталације и продувавања инертним гасом, уз употребу алата који не варничи.

5.2. Заштита од буке

Приликом набавке оруђа за рад и уређаја, уз документацију која се прилаже, морају се прибавити подаци о њиховим акустичним особинама из којих ће се видети да бука на радним местима и у радним просторијама неће прелазити допуштене вредности. Ако је за испуњење услова о допуштеним вредностима буке потребно предузимање посебних мера (пригушивачи буке, еластична подлога и др.) исте морају бити назначене у поменутој документацији и испоштоване.

Главни изори буке су компресорска станица, црпне станице и постројења са филтерпресама. У црпним станицама главни извор буке су погонски маханизми пумпи (електромотори и редуктори). Да би се спречила појава вибрација сви вијци, нарочито фундаметални морају бити добро притегнути. Осе вратила мотора и црпки морају се поклапати у границама толеранције коју пропишу произвођачи опреме. Ниво буке у црпним станицама је далеко испод дозвољених граница.

Бука у просторији са филтер пресама је исто далеко испод дозвољених граница.Главни извор буке у компресорској станици су компресори односно дуваљке за

аерацију песколова и биоаерационих базена. Ради смањења буке и вибрација, компресор је причвршћен за под преко еластичних ослонаца, од потисног цевовода одвојен је флексибилним гуменим цревом, а поседује и пригушивач звука. Да би се спречила појава вибрација, сви вијци, а посебно фундаметални морају бити добро притегнути. Поред свих предузетих мера може се очекивати знатан ниво буке (преко 90 dB) па треба обавезно користити штитнике за уши приликом уласка у компресорску станицу. [3] 5.3. Непријатни мириси

52

Мириси у отпадној води су најчешће узроковани гасовима који настају разградњом органских материја. Присуство непријатних мириса се сматра питањем број један у односу јавности према изградњи и локацији постројења за прераду отпадних вода. Важност мириса за људски организам је везана превасходно за психолошки стрес који проузрокују. Интезивни мириси могу изазвати пад апетита, смањено уношење течности, лошију респирацију, повраћање...

За карактеризацију мириса важну улогу играју четири независна фактора: карактер - везан за менталну асоцијацију субјекта; детектабилност - број разблажења потребан да се смањи мирис до прага

минималне декатибилне концетрације мириса; интензитет - углавном повазан са концетрацијом; хедоника - релативна пријатност или непријатност коју мирис изазива код

субјекта.Најчешћи узроци непријатних мириса су једињења попут амина, амонијака,

диамина, водоник сулфида, меркаптана, органских сулфида... Сва ова једињења се могу наћи или развити у отпадним водама.

Извори непријатних мириса су: отпадна вода која садржи водоник сулфид, неопран песак, пена на примарном таложнику, биолошки процес преоптерећен органским материјама, угушћивачи за сиров и дигестиран муљ, процесна јединица за обезводњавање муља.

Адекватним изабраним оптерећењем приликом димензионисања јединица, пажљивим вођењем постројења, спаљивањем издувних гасовса на препорученим температурама, развијање уобичајних мириса на постројењу не би требало да представља проблем.

Уколико дође до појаве непријатних мириса треба одмах предузети неопходне кораке за њихово уклањање и контролу. Ово често подразумева додатак хемикалија попут хлора, водоник пероксида, креча или озона. У екстремним случајевима може бити неопходно покривање неких јединица, сакупљање и третман издвојеног гаса.

Генерално, методе за контролу мириса се могу сврстати у:

физичке - спаљивање, адсорпција на активном угљу или песку, инјектирање кисеоника (ваздуха), додавање маскирајућих агенаса, специјално дизајнирани скрубери;

хемијске - скрубери са различитим алкалијама, хемијска оксидација, хемијска преципитација;

биолошке - трикилингфилтри, биоаерациони базени са активним муљем.

53

РЕЗИМЕ

Постројење за пречишћавање отпадних вода поступком аеробног биолошког пречишћавања са активним муљем има бројне предности у односу на остале системе пречишћавања међу којима су свакако најважнија економска оправданост изградње постројења као и и испуњени сви еколошки аспекти у складу са светским законима.

Описано постројење може се користити за пречишћавање градских (комуналних) и претходно третираних индустријских отпадних вода.

Капацитет постројења је 126000 еквивалентних становника, а излазни резултати ће задовољити све захтеве за испуштање у реципијент друге категорије.

Кључне речи: вода, отпадне воде, пречишћавање отпадних вода, биолошка обрада, постројење, активни муљ.

54

55

56

Легенда

Линија воде:

2. – улазни канал3. – грубе решетке4. – фине решетке5. – ценрално складиште сирове воде6. – аерисани песколови7. – мамут пумпе8. – централна станица (ц.с.) за вишак муља9. - разделни апарат10. – примарни таложници11. – разделни апарат12. – биоаерациони базени13. – аераторске плоче14. – компресори15. – разделни апарат16. – ц.с. за рециркулацију муља17. – ц.с. за примарни муљ18. – секундарни таложници19. – коагулатори20. – угушћивач муља21. – коморна филтер преса22. – одводни канал, у реципијент23. – ретензија

57

Легенда

Линија муља са линијом биогаса:

1. – примарни угушћивачи муља2. – дигестор3. – дигестор4. – дигестор5. – секундарни угушћивач6. - резервоар за полиелектролит7. – тракасте филтер пресе8. – керамички филтери9. – резервоар биогаса10. – гасгенератор11. – гасни котао12. – бакља13. – управна зграда

58

ЛИТЕРАТУРА

1. Проф др. Јовановић П. , ’’ЕКОЛОГИЈА ВОДЕ’’ , Аранђеловац, 2002.

2. Дегремонт, Г, ’’ ТЕХНИКА ПРЕЧИШЋАВАЊА ВОДА – ПРЕРАДА ВОДА ГРАДСКИХ КАНАЛИЗАЦИЈА (ГЛАВА 20) ; ПРЕРАДА ИНДУСТРИЈСКИХ ОТПАДНИХ ВОДА (ГЛАВА 21)’’ , Превод са француског, Грађевинска књига, Београд, 1976.

3. ’’ИДЕЈНИ ПРОЈЕКАТ ЗА ПРЕЧИШЋАВАЊЕ ИНДУСТРИЈСКИХ И КОМУНАЛНИХ ОТПАДНИХ ВОДА СА ПОДРУЧЈА ГУП-а ГРАДА ШАПЦА ДО 2020. ГОДИНЕ , Енергопројект, Београд 1998.

4. Проф. др Ђуковић Ј., доц. др Ђукић Б., доц. др Лазић Д., мр Марсенић М. : ''ТЕХНОЛОГИЈА ВОДЕ'', Технолошки факултет Зворник, Београд, 2000.

5. Шећеров – Соколовић Р., Соколовић С. : ''ЗАШТИТА ОКОЛИНЕ ОД ЗАГАЂЕЊА ХЕМИЈСКЕ ИНДУСТРИЈЕ – I ДЕО – МЕТОДЕ ПРЕЧИШЋАВАЊА ОТПАДНИХ ВОДА'' , Технолошки факултет, Нови Сад, 1994.

6. Гаћеша С., Клашња М. : ''ТЕХНОЛОГИЈА ВОДА И ОТПАДНИХ ВОДА'', Југословенско удружење пивара, Београд, 1994.

7. Продановић Д. : ''ЕКОЛОГИЈА И ЗАШТИТА ВОДЕ ОД ЗАГАЂИВАЊА'' , Београд – Аранђеловац , 1998.

8. Кугуровић М., Петров А. : ''ЗАШТИТА ЖИВОТНЕ СРЕДИНЕ'', SMEITS и Машински факултет, Београд,1994

9. Смиљанић – Стевановић С. : ''ПОСТРОЈЕЊЕ ЗА ПРЕЧИШЋАВАЊЕ ОТПАДНИХ ВОДА – техничко решење и технички процес'' , семинарски рад, Виша технолошка школа, Шабац 2004.

10. INTERPLAN d.o.o. – otpadne vode , 16.03.2005URL: http://www.gradimo.hr/1889.aspx (26.06.2006)

11. Центар за екологију и енергију – Тузла, вода, отпадне воде, 26. јун 2006.URL: http://www.ceetz.org/voda_otpadne.php (03.07.2006).

12. WASTEWATER TRATMENT PLANTS (12.06.2006)URL: http://photos.innersource.com/group/8557 (12.07.2006).

59

САДРЖАЈ

УВОД.....................................................................................................................................21. О ВОДИ УОПШТЕ...........................................................................................................3

1.1. Вода у природи........................................................................................................31.1.1. Кружни ток воде у природи.................................................................................31.1.2. Једначина хидролошког биланса........................................................................41.2. Подела воде..............................................................................................................51.3. Састав природних вода...........................................................................................51.3.1. Састојци који се нормално срећу у води............................................................51.3.2. Класификација природних вода..........................................................................61.4. Загађивање природних вода...................................................................................6

2. ОТПАДНЕ ВОДЕ.............................................................................................................82.1. Подела отпадних вода.............................................................................................82.2. Карактеристике отпадне воде................................................................................102.2.1 Физичке карактеристике......................................................................................102.2.2. Хемијске карактеристике....................................................................................112.2.3. Биолошке карактеристике...................................................................................122.3. Критеријуми загеђености отпадне воде...............................................................122.4. Карактеристике градских отпадних вода.............................................................13

3. ПРЕЧИШЋАВАЊЕ ОТПАДНИХ ВОДА.....................................................................153.1. Класификација начина пречишћавања.................................................................153.2. Поступци пречишћавања градских отпадних вода.............................................183.2.1. Учинак пречишћавања........................................................................................18

4. ПОСТРОЈЕЊЕ ЗА ПРЕЧИШЋАВАЊЕ ОТПАДНИХ ВОДА....................................194.1. Технички опис процеса са прорачунима.............................................................194.1.1. Базни подаци.......................................................................................................194.1.2. Технички опис постројења.................................................................................214.1.2.1. Примарни третман...........................................................................................214.1.2.2. Секундарни третман........................................................................................284.1.3. Третман муља......................................................................................................374.1.3.1. Примарно угушћивање муља..........................................................................384.1.3.2. Анаеробна дигестија........................................................................................404.1.3.3. Линија гаса........................................................................................................424.1.3.4. Секундарно угушћивање муља.......................................................................434.2. Технички опис процеса; концепција постројења................................................484.2.1. Линија воде..........................................................................................................484.2.2. Линија муља са линијом биогаса.......................................................................494.3. Заштита на раду......................................................................................................524.3.1. Принцип заштите од пожара и експлозије........................................................524.3.2. Заштита од буке...................................................................................................524.3.3. Непријатни мириси.............................................................................................53

РЕЗИМЕ...............................................................................................................................54Прилог 1 ..............................................................................................................................55Прилог 2...............................................................................................................................56Литература...........................................................................................................................59Садржај.................................................................................................................................60Библиографски подаци.......................................................................................................61

60

БИБЛИОГРАФСКИ ПОДАЦИ

УДКНаучно подручје: Техничке наукеНаучна област: Хемијска технологијаИнституција: Виша технолошка школа, ШабацМентор рада: мр Славица ИлићБрој страница: 61Број слика: 5Број табела: 9Број прилога: 2Број литературних референци: 12Датум одбране: Септембар, 2006.Комисија за одбрану:1. мр Славица Илић2. др Миломир Стојнић3. мр Милан Исаковић

Рад је одложен у библиотеку Више технолошке школе у Шапцу

61