PROPROČČIIŠŠĆĆAVANJE OTPADNIH AVANJE OTPADNIH VODAVODA--DANAS I SUTRADANAS I SUTRA

Silvija Silvija MunkaMunka

4893/PT 4893/PT svibanj 2008.Modul: Odabrana poglavlja zelene kemijeAk. god. 2007./2008.Koordinator modula: dr. sc. M. Jukić, doc.

UVODUVODUVODUVODUVODUVODUVODUVOD……………………

�� Zagađenje upravo vodeZagađenje upravo vode, ,

zemlje i zraka predstavlja zemlje i zraka predstavlja

najvenajvećće ekoloe ekološške probleme ke probleme

danadanaššnjice. njice.

�� Do poDo poččetka 1990etka 1990--ih u srediih u središštu tu

interesa i predmet stalnog interesa i predmet stalnog

prapraććenja u okolienja u okoliššu bile su u bile su

nepolarnenepolarne opasne tvari i ioni opasne tvari i ioni

tetešških metala. kih metala.

UVODUVODUVODUVODUVODUVODUVODUVOD……………………

Predmet zanimanja Predmet zanimanja

znanstvenika danas postaju znanstvenika danas postaju

tzvtzv. . ««nova zagađivalanova zagađivala»»::

�� lijekovi za ljudsku ili lijekovi za ljudsku ili

veterinarsku uporabu, veterinarsku uporabu,

�� sredstva za odrsredstva za održžavanje avanje

osobne higijene, osobne higijene,

�� plastifikatoriplastifikatori, ,

�� razni industrijski aditivi, boje, razni industrijski aditivi, boje,

arome. arome.

UVODUVODUVODUVODUVODUVODUVODUVOD……………………

�� od svih novih zagađivala najviod svih novih zagađivala najvišše zabrinjavaju e zabrinjavaju

antibioticiantibiotici, j, jer se stalnom emisijom određenih kolier se stalnom emisijom određenih količčina ina

antibiotika u okoliantibiotika u okolišš razvijaju na antibiotike rezistentni razvijaju na antibiotike rezistentni

mikroorganizmi. mikroorganizmi.

�� ostale tvari iz grupe novih zagađivala zbog svoje slabe ostale tvari iz grupe novih zagađivala zbog svoje slabe

razgradivosti mogu razgradivosti mogu -- nezaustavljene uređajima za nezaustavljene uređajima za

obradu otpadnih voda obradu otpadnih voda -- dospjeti u povrdospjeti u površšinske vode i inske vode i

kroz tlo do podzemnih voda i time ugroziti opskrbu kroz tlo do podzemnih voda i time ugroziti opskrbu

pitkom vodom.pitkom vodom.

DANAS...DANAS...DANAS...DANAS...DANAS...DANAS...DANAS...DANAS...

POSTUPCI OBRADE OTPADNE VODEPOSTUPCI OBRADE OTPADNE VODE

Otpadne vodeOtpadne vode podrijetlom mogu biti :podrijetlom mogu biti :

�� iz kuiz kuććanstava, anstava,

�� industrije, industrije,

�� stostoččnih uzgajalinih uzgajališšta, ta,

�� odlagaliodlagališšta smeta smećća.a.

Industrijske otpadne vode ovisno o Industrijske otpadne vode ovisno o Industrijske otpadne vode ovisno o Industrijske otpadne vode ovisno o Industrijske otpadne vode ovisno o Industrijske otpadne vode ovisno o Industrijske otpadne vode ovisno o Industrijske otpadne vode ovisno o sastavu:sastavu:sastavu:sastavu:sastavu:sastavu:sastavu:sastavu:

�� sastojci biolosastojci biološški lako ki lako razgradljivirazgradljivi (iz (iz prehrambene, prehrambene, fermentativnefermentativne industrije)industrije)

�� prisutni sastojci bioloprisutni sastojci biološški teki tešško ko razgraljivirazgraljivi (iz (iz kemijske, farmaceutske i celulozne industrije) kemijske, farmaceutske i celulozne industrije)

�� industrijske otpadne vode su najindustrijske otpadne vode su najččeeššćće e optereoptereććene organskim spojevima kao ene organskim spojevima kao ššto su to su razni aromatski i razni aromatski i alifatskialifatski ugljikovodici, ugljikovodici, intermedijeriintermedijeri za razliza različčite industrijske procese, ite industrijske procese, kloriraniklorirani ugljikovodici, bojila ugljikovodici, bojila itditd. .

Organske tvari u vodiOrganske tvari u vodiOrganske tvari u vodiOrganske tvari u vodiOrganske tvari u vodiOrganske tvari u vodiOrganske tvari u vodiOrganske tvari u vodi

�� prirodnog porijekla (nastaju bioloprirodnog porijekla (nastaju biološškom kom

razgradnjom biljnih i razgradnjom biljnih i žživotinjskih materijala).ivotinjskih materijala).

�� antropogenog porijekla (umjetne tvari kojih antropogenog porijekla (umjetne tvari kojih

u pravilu u prirodi nema, npr. u pravilu u prirodi nema, npr. halogeniranihalogenirani

ugljikovodici, ugljikovodici, policiklipolicikliččkiki aromatski aromatski

ugljikovodici i fenoli). ugljikovodici i fenoli).

�� navedene tvari u okolinavedene tvari u okolišš dolaze putem dolaze putem

upotrebe pesticida ili industrijskim upotrebe pesticida ili industrijskim

procesima. procesima.

OneOneOneOneOneOneOneOneččččččččiiiiiiiiššššššššććććććććenje otpadne vode određujuenje otpadne vode određujuenje otpadne vode određujuenje otpadne vode određujuenje otpadne vode određujuenje otpadne vode određujuenje otpadne vode određujuenje otpadne vode određuju::::::::

�� kemijski sastojci organskog i kemijski sastojci organskog i

anorganskog porijekla (kemijsko anorganskog porijekla (kemijsko

oneoneččiiššććenje) enje)

�� razlirazliččiti mikroorganizmi (bioloiti mikroorganizmi (biološško ko

oneoneččiiššććenje) enje)

�� fizikalni pokazatelji:fizikalni pokazatelji:

--suspendirane suspendirane ččestice ,estice ,

--phph--vrijednost, vrijednost,

--gustogustoćća, boja, miris, a, boja, miris,

--temperatura.temperatura.

Postupci obrade otpadne vode Postupci obrade otpadne vode Postupci obrade otpadne vode Postupci obrade otpadne vode Postupci obrade otpadne vode Postupci obrade otpadne vode Postupci obrade otpadne vode Postupci obrade otpadne vode

obuhvaobuhvaobuhvaobuhvaobuhvaobuhvaobuhvaobuhvaććććććććaju:aju:aju:aju:aju:aju:aju:aju:

�� prethodnu obraduprethodnu obradu

�� primarnu obraduprimarnu obradu

�� sekundarnu obradusekundarnu obradu

�� tercijarnu obradutercijarnu obradu

BioloBioloBioloBioloBioloBioloBioloBiološššššššška obradaka obradaka obradaka obradaka obradaka obradaka obradaka obrada

AEROBNI POSTUPCI uklanjanja organskih AEROBNI POSTUPCI uklanjanja organskih

sastojaka:sastojaka:

�� biooksidacijabiooksidacija

�� nitrifikacijanitrifikacija

�� biolobiološško uklanjanje fosforako uklanjanje fosfora

ANAEROBNI POSTUPCI:ANAEROBNI POSTUPCI:

�� hidroliza sastojaka slohidroliza sastojaka složžene kemijske struktureene kemijske strukture

�� kiselinska fermentacija kiselinska fermentacija

�� metanska fermentacijametanska fermentacija

PJESKOLOV PJESKOLOV PJESKOLOV PJESKOLOV PJESKOLOV PJESKOLOV PJESKOLOV PJESKOLOV -------- MASTOLOV MASTOLOV MASTOLOV MASTOLOV MASTOLOV MASTOLOV MASTOLOV MASTOLOV

RAZLIRAZLIRAZLIRAZLIRAZLIRAZLIRAZLIRAZLIČČČČČČČČITE IZVEDBE BIOREAKTORAITE IZVEDBE BIOREAKTORAITE IZVEDBE BIOREAKTORAITE IZVEDBE BIOREAKTORAITE IZVEDBE BIOREAKTORAITE IZVEDBE BIOREAKTORAITE IZVEDBE BIOREAKTORAITE IZVEDBE BIOREAKTORA

SUTRA...SUTRA...SUTRA...SUTRA...SUTRA...SUTRA...SUTRA...SUTRA...

�� IstraIstražživanja u podruivanja u područčju tehnologija obrade vode ju tehnologija obrade vode u svijetu sve se viu svijetu sve se višše orijentiraju na e orijentiraju na ekonomiekonomiččnost procesanost procesa i na njihovu i na njihovu ekoloekološšku ku prihvatljivostprihvatljivost. .

�� UtroUtroššena energija i nusprodukti postaju glavni ena energija i nusprodukti postaju glavni elementi za ocjenjivanje prihvatljivosti elementi za ocjenjivanje prihvatljivosti tehnologije obrade vode. tehnologije obrade vode.

�� Te zahtjeve Te zahtjeve zadovoljavajavajuzadovoljavajavaju napredni napredni oksidacijski procesi (oksidacijski procesi (AAdvanceddvanced OOxidationxidationPProcessesrocesses, , AOPsAOPs) kojima se uspje) kojima se uspješšno mogu no mogu razgraditi razlirazgraditi različčita organska zagađivala u ita organska zagađivala u vodenom mediju. vodenom mediju.

NAPREDNI OKSIDACIJSKI PROCESINAPREDNI OKSIDACIJSKI PROCESI

�� predstavljaju alternativu tradicionalnim predstavljaju alternativu tradicionalnim

biolobiološškim, fizikalnim i kemijskim metodama kim, fizikalnim i kemijskim metodama

obrade otpadnih voda. obrade otpadnih voda.

�� takvi procesi koji ne proizvode sekundarni takvi procesi koji ne proizvode sekundarni

otpad otpad ššto je i njihova velika prednost pred to je i njihova velika prednost pred

klasiklasiččnim postupcima obrade. nim postupcima obrade.

NAPREDNI OKSIDACIJSKI PROCESINAPREDNI OKSIDACIJSKI PROCESI

�� definiraju se kao procesi u kojima pod utjecajem definiraju se kao procesi u kojima pod utjecajem

energije, bilo kemijske, elektrienergije, bilo kemijske, električčne ili energije ne ili energije

zrazraččenja, dolazi do stvaranja vrlo reaktivnih enja, dolazi do stvaranja vrlo reaktivnih

hidroksilnihhidroksilnih radikalaradikala i to u kolii to u količčini dovoljnoj da ini dovoljnoj da

razgrade verazgrade veććinu organskih spojeva prisutnih u inu organskih spojeva prisutnih u

otpadnoj vodi u uvjetima atmosferskog tlaka i otpadnoj vodi u uvjetima atmosferskog tlaka i

temperature. temperature.

�� oksidacija se odvija posredstvom oksidacija se odvija posredstvom hidroksilnihhidroksilnih

radikala.radikala.

HIDROKSILNI RADIKALHIDROKSILNI RADIKALHIDROKSILNI RADIKALHIDROKSILNI RADIKALHIDROKSILNI RADIKALHIDROKSILNI RADIKALHIDROKSILNI RADIKALHIDROKSILNI RADIKAL

�� Kad u nekoj reakciji oksidacije nastanu Kad u nekoj reakciji oksidacije nastanu

reaktivni slobodni radikali, slijede reaktivni slobodni radikali, slijede

naknadne oksidacijske reakcije između naknadne oksidacijske reakcije između

nastalih radikala i drugih nastalih radikala i drugih reaktanatareaktanata

(organskih i anorganskih) sve dok se ne (organskih i anorganskih) sve dok se ne

formiraju termodinamiformiraju termodinamiččki stabilni ki stabilni

oksidacijski produkti.oksidacijski produkti.

HIDROKSILNI RADIKALHIDROKSILNI RADIKALHIDROKSILNI RADIKALHIDROKSILNI RADIKALHIDROKSILNI RADIKALHIDROKSILNI RADIKALHIDROKSILNI RADIKALHIDROKSILNI RADIKAL

�� kao neselektivni kao neselektivni oksidansoksidans sa svojim sa svojim

oksidacijskim potencijalom gotovo potpuno oksidacijskim potencijalom gotovo potpuno

pretvara organsku tvar u vodu i COpretvara organsku tvar u vodu i CO2 2

�� tipitipiččne reakcije ne reakcije hidroksilnihhidroksilnih radikala (radikala (adicijaadicija

i oduzimanje vodikovog atoma) prikazane i oduzimanje vodikovog atoma) prikazane

su jednadsu jednadžžbama:bama:

••OH + CHOH + CH22=CH=CH2 2 →→ HOCHHOCH22--CHCH22••

••OH + CHOH + CH33COCHCOCH33 →→ ••CHCH22COCHCOCH33 + H+ H22OO

Napredni oksidacijski procesi:Napredni oksidacijski procesi:Napredni oksidacijski procesi:Napredni oksidacijski procesi:Napredni oksidacijski procesi:Napredni oksidacijski procesi:Napredni oksidacijski procesi:Napredni oksidacijski procesi:

�� FentonFenton i i FentonuFentonu slisliččni procesi, ni procesi,

�� OzonacijaOzonacija,,

�� PeroksonPerokson proces, proces,

�� UV UV fotokatalizafotokataliza(naj(najččeeššćće uz TiOe uz TiO22), ),

�� Visokonaponsko elektriVisokonaponsko električčno prano pražžnjenje, njenje,

�� Mokra oksidacija, Mokra oksidacija,

�� Ultrazvuk,Ultrazvuk,

�� RadiolizaRadioliza vode. vode.

OZONACIJAOZONACIJAOZONACIJAOZONACIJAOZONACIJAOZONACIJAOZONACIJAOZONACIJA

Ozon u vodenim otopinama reagira s Ozon u vodenim otopinama reagira s

otopljenim tvarima na dva razliotopljenim tvarima na dva različčita naita naččina:ina:

�� selektivno u izravnoj reakciji s molekulskim selektivno u izravnoj reakciji s molekulskim

ozonom;ozonom;

�� neselektivno putem neselektivno putem radikalskihradikalskih vrsta koje vrsta koje

nastaju prilikom raspada ozona u vodi.nastaju prilikom raspada ozona u vodi.

OZONACIJAOZONACIJAOZONACIJAOZONACIJAOZONACIJAOZONACIJAOZONACIJAOZONACIJA

�� radikalskiradikalski tip reakcije karakterizira velika tip reakcije karakterizira velika

brzina, ali i razmjerno niska koncentracija brzina, ali i razmjerno niska koncentracija

slobodnih radikala. slobodnih radikala.

�� izravna oksidacija s molekulskim ozonom izravna oksidacija s molekulskim ozonom

vrlo je spora u usporedbi s vrlo je spora u usporedbi s radikalskimradikalskim

tipom reakcije, ali je koncentracija ozona tipom reakcije, ali je koncentracija ozona

pri normalnim uvjetima pri normalnim uvjetima ozonizacijeozonizacije

prilipriliččno visoka. no visoka.

PEROKSON POSTUPAKPEROKSON POSTUPAKPEROKSON POSTUPAKPEROKSON POSTUPAKPEROKSON POSTUPAKPEROKSON POSTUPAKPEROKSON POSTUPAKPEROKSON POSTUPAK(O(O(O(O(O(O(O(O33333333/H/H/H/H/H/H/H/H22222222OOOOOOOO22222222 postupak)postupak)postupak)postupak)postupak)postupak)postupak)postupak)

�� dodatak vodikova peroksida dodatak vodikova peroksida ozoniziranimozoniziranim

vodenim otopinama osigurava raspad vodenim otopinama osigurava raspad

ozona u kojem nastaju ozona u kojem nastaju hidroksilnihidroksilni

radikali. radikali.

�� optimalni omjer doza ozona i vodikova optimalni omjer doza ozona i vodikova

peroksida određuje se prema specifiperoksida određuje se prema specifiččnoj noj

namjeni postupka.namjeni postupka.

PEROKSON POSTUPAKPEROKSON POSTUPAKPEROKSON POSTUPAKPEROKSON POSTUPAKPEROKSON POSTUPAKPEROKSON POSTUPAKPEROKSON POSTUPAKPEROKSON POSTUPAK(O(O(O(O(O(O(O(O33333333/H/H/H/H/H/H/H/H22222222OOOOOOOO22222222 postupak) postupak) postupak) postupak) postupak) postupak) postupak) postupak) -------- primjenaprimjenaprimjenaprimjenaprimjenaprimjenaprimjenaprimjena

�� uuččinkovit je u razgradnji inkovit je u razgradnji kloriranihkloriranih

organskih spojeva poput organskih spojeva poput trikloretenatrikloretena, ,

tetrakloretenatetrakloretena, 1,2, 1,2--dikloretanadikloretana, 1,1, 1,1--

diklorpropenadiklorpropena i i drdr..

�� za razgradnju pesticida i spojeva koji za razgradnju pesticida i spojeva koji

pridonose neugodnom mirisu i okusu pridonose neugodnom mirisu i okusu

vode.vode.

FENTON PROCESFENTON PROCESFENTON PROCESFENTON PROCESFENTON PROCESFENTON PROCESFENTON PROCESFENTON PROCES

�� reakcijom vodikovog peroksida i reakcijom vodikovog peroksida i

dvovalentnog dvovalentnog žželjeza nastaju eljeza nastaju hidroksilhidroksil

radikali, koje karakterizira visoki radikali, koje karakterizira visoki

oksidacijski potencijal. oksidacijski potencijal.

PRIMJENA:PRIMJENA:

�� za oksidaciju, za oksidaciju, odnosno uklanjanje odnosno uklanjanje

organskih zagađivala iz vodeorganskih zagađivala iz vode, ,

�� za smanjenje koncentracije drugih za smanjenje koncentracije drugih

zagađivala u vodizagađivala u vodi..

ZAKLJUZAKLJUZAKLJUZAKLJUZAKLJUZAKLJUZAKLJUZAKLJUČČČČČČČČAKAKAKAKAKAKAKAK

PokuPokuššat at ćće se pokazati, daljnjim istrae se pokazati, daljnjim istražživanjima ovih ivanjima ovih

naprednih oksidacijskih procesa, da je primjena venaprednih oksidacijskih procesa, da je primjena veććine od ine od

nabrojanih postupaka mogunabrojanih postupaka mogućća i u pripremi pitke vode, kao a i u pripremi pitke vode, kao

i u obradi otpadnih voda. Oi u obradi otpadnih voda. Oččekuje se pozitivno djelovanje ekuje se pozitivno djelovanje

istraistražživanja u dva smjera ivanja u dva smjera ––da bi se olakda bi se olakššalo dobivanje alo dobivanje

zdravstveno ispravne pitke vode, ali i smazdravstveno ispravne pitke vode, ali i smanjivalo daljnje njivalo daljnje

zagađivanje okolizagađivanje okolišša otpadnim vodama, kako komunalnim, a otpadnim vodama, kako komunalnim,

tako i industrijskim. Na taj natako i industrijskim. Na taj naččin dat in dat ćće se bitan doprinos u e se bitan doprinos u

razvoju procesa koji razvoju procesa koji ćće odre održžavati ozbiljno naruavati ozbiljno naruššenu enu

ravnoteravnotežžu okoliu okolišša (voda). To je ujedno i zadatak zelene a (voda). To je ujedno i zadatak zelene

kemije.kemije.

LITERATURALITERATURALITERATURALITERATURALITERATURALITERATURALITERATURALITERATURA

Internet:Internet:

�� www.www.hdmbhdmb.hr/.hr/hdmbhdmb_hr/Dokumenti/_hr/Dokumenti/CrolabCrolab..docdoc

�� www.www.crolabcrolab.hr/.hr/adminadmin/_/_uploadupload/_/_filesfiles/Analitikauo/Analitikauokolisu05.pdfkolisu05.pdf

�� bibbib..irbirb.hr/datoteka/202697.TekstVIII..hr/datoteka/202697.TekstVIII.docdoc

�� crosbicrosbi.znanstvenici.hr/prikazi.znanstvenici.hr/prikazi--rad?rad?chsetchset=ASCII&=ASCII&langlang=EN&rad=222607=EN&rad=222607

�� www.www.lifelife.voda.hr/odvodnja..voda.hr/odvodnja.aspxaspx