View
240
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
1/108
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
2/108
- 2 -
2.4.3.3. Izdvajanje isparljivih komponenata pomou vodene
pare............................................................................55
2.4.3.4. Ekstrakcija..................................................................57
2.4.3.5. Aeracija......................................................................60
2.4.4. Procesi adsorpcije, neutralizacije, mutacionog filtriranja,
flotacije i biolokog preiavanja pri tretmanu otpadnih voda..62
2.4.4.1. Adsorpcija..................................................................62
2.4.4.2. Neutralizacija..............................................................71
2.4.4.3. Flotacija......................................................................73
2.4.4.4. Bioloko preiavanje...............................................76
2.4.5. Prerada produkata iz procesa preiavanja voda....................80
3. Otpad..............................................................................................................85
3.1. Masa otpada.........................................................................................85
3.2. Karakteristike otpada............................................................................87
3.3. Vrste procesa i postrojenja za uklanjanje otpada.................................97
3.3.1. Bioloki postupci prerade otpada...............................................97
3.3.2. Termiki postupci prerade otpada...........................................101
3.3.2.1. Sagorevanje vrstog otpada....................................101
3.3.2.1.1. Istorijat i osnovne karakteristike procesa
sagorevanja otpada...................................102
3.3.2.1.2. Emisija zagaujuih materija iz postrojenja
za sagorevanje otpada..............................108
3.3.2.2. Piroliza vrstog otpada.............................................109
3.3.2.3. Gasifikacija vrstog otpada......................................111
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
3/108
- 3 -
1. UVODNA RAZMATRANJA, USLOVI NASTAJANJA, VRSTE,
OSOBINE I IZVORI ZAGAUJUIH KOMPONENTI
Razvoj privredne delatnosti jedne zemlje uzrokuje emitovanje zagaujuih kompone-
nata u atmosferu. Apsolutno ista atmosfera se ne moe postii. Sastav atmosfere zavisi odfizikih, hemijskih i biolokih procesa koji se odvijaju u prirodi.
poljni vazduh zauzima vazduh u troposferi. To je donji deo atmosfere koji je i najgui. U
troposferi se akumulira oko 80% ukupne mase vazduha. Troposfera je najtanja u polarnim
krajevima (oko 8km), a najdeblja na ekvatoru (oko 16km). Na naoj geografskoj irini dostie
visinu oko 12km. Troposfera sadri znatne koliine vlage i predstavlja sredite vremenskih
promena. Iznad troposfere nalazi se stratosfera koja se prostire do visine 50km. Sadri male ali
veoma bitne koliine ozona koji nas titi od tetnih zraenja iz svemira. Vazduh se sastoji od
(molskih -zapreminskih udela) : azota, kiseonika, inertni gasovi, ugljen-dioksid, vodonik
(slika1.1).
Azot,N2,
78,12%
Kiseonik,O2,
20,90%
Inertni gasovi,
0,94%
Ugljendioksid,C
O2, 0,03%
Vodonik,H2,
0,01%
Slika 1.1.Satav atmosfere u zavisnosti od molskih udela pojedinih komponenata
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
4/108
- 4 -
U tragovima se mogu sresti komponente sa molskim udelima ispod 0,0001% , a to su:
CO,O3,CH4,NOx,NH3.
Pri inenjerskim i praktinim proraunima mogu se bez veih greaka usvojiti zapreminski udeli
azota od 79% i kiseonika od 21%.
Zagaujue komponente imaju tetan uticaj na oveka, ivotinje, biljke i objekte, vazduh itd.
Stepen uticaja zavisi od karakteristika zagaujuih komponenata, njene koncentracija, vremena
uticaja itd.
Najvanije gasovite komponente koje ugroavaju ovekovo zdravlje su: sumpor-dioksid,
sumpor-vodonik, merkaptan, ugljen-monoksid, oksidi azota i halogeni.
Na ivotinje zagaujue komponente utie razliito.Unose se udisanjem vazduha, korienjem
stone hrane i vode.
vrste i gasovite zagaujue komponente stvaraju tete kod biljaka (utiu na rast biljaka, na
prinos roda i na prirodnu ravnoteu i na bogatstvo voda u tlu).
1.1. USLOVI NASTAJANJA, VRSTE I IZVORI ZAGAUJUIH
KOMPONENATA
Zagaujue komponente mogu se podeliti prema:
1) mestu nastanka (izvora)
2) agregatnom stanju
3) posledicama prisustva zagaujuih komponenata u atmosferi.
1) Najvei udeo zagaujuih komponenti potie iz proizvodnje energije. U Srbiji
glavni nosilac primarne energije jeste lignit. Nai ligniti imaju relativno visok maseni udeo
sumpora i pepela. Sagorevanju lignita u loitima termoenergetskih postrojenja posebno
termoelektrana nastaje znatna emisija pepela i gasovitih zagaujuij kopmonenti. Od
zagaujuih komponenti na prvom mestu spada sumpor-dioksid. Koja e koliina sumpora u
uglju prei u SO2 i sa dimnim gasovima otii u atmosferu zavisi od fie faktora:
masenog udela ukupnog sumpora u uglju (piritni, organski, sulfatni)
masenog udela balastnih materija u uglju (vlage i pepela)
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
5/108
- 5 -
sastava mineralnih materija (pepela)
temperature kod procesa sagorevanja uglja
kao i od naina voenja procesa.
Hemijska industrija i industrija prerade uglja takoe predstavlja znaajne izvore gasovitihzagaujuih komponenata. Tu su jo metalurka industrija, farmaceutska industrija,
automobilska industrija itd.
Najvei deo zagaujuih komponenata u naseljenim mestima potie iz loita za individualno
grejanje. Loita emituju CO, SO2, SO3, NO, NO2, pepeo, a.
Razvojem poljoprivrede poveava se broj izvora zagaujuih komponenata.
U tabeli 1.1. dat je pregled najznaajnijih izvora zagaujuih komponenata. Ovakve i sline
tabele neophodne su pri projektovanju procesa i opreme u cilju sagledavanja prisustva moguih
zagaujuih komponenata na izlazu iz procesa. Ova tabela ima opti pregled. Svaka industrija
ima svoje specifinosti.
Emisija zagaujuih komponenata zavisi od tehnologije procesa, eksploatacionih karakteristika
postrojenja. Najvaniji uzroci nastajanja zagaujuih komponenata u industriji prikazani su na
slici 1.2.
Tabela 1.1. Zagaujue komponente i nihovo poreklo
vrsteestice
Gasovite komponente
Jedinjenjasumpora
Organskajedinjenja
Oksidiazota
Ugljenmonoksid
Halogenajedinjenja
MirisiIzvori
Bez
opa.po
zdra
vlje
Opa
sne
po
zdra
.vle
SO2SO3
H2S CS2 CmHm NOx CO Cl,HCl,F,HF-
Energetika x x x xHemijskaindustrija
x x x x x x x x x x
Industrijaprerade uglja x x x x x
Industrijacementa
x x x
Metalurka
industrija
x x x x x x x
Transportna x x x x x x
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
6/108
- 6 -
sredstvaPoljoprivreda x x xLoita zaindividualnogrejanje
x x x x x x
2) Prema agregatnom stanju, zagaujue komponente mogu se podeliti na: vrste, tene i
gasovite.
vrste estice mogu se grupisati prema razliitim karakteristikama: dejstvu na okolinu, fiziko
hemijskim karakteristikama ili prema njihovom poreklu.
Ponaanje vrstih estica moe se definisati prema sledeim karakteristikama:
HEMIJSKE REAKCIJE ISAGOREVANJE
SPECIFINI POSTUPCI
SIGURNOSNAVENTILACIJA
POETAK IZAVRETAK
RADAPOSTROJENJA
Slika 1.2. Uzroci nastajanja zagaujuih komponenata u industriji
UZROCI NASTAJANJA ZAGAUJU IHKOMPONENATA
UPARAVANJEISPARAVANJE
KONDEN-ZACIJA
MEANJE RASPRA-IVANJE
SEJANJEKLASIRANJE
TRANSPORT.SKLADITENJE
NEZAPTIVENOSTRAD POSTROJENJA
VAN PROJEKTOVANIHKAPACITETA
OEKIVANE GREKEHAVARIJE
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
7/108
- 7 -
geometrijske karakteristike (granulometrijski sastav, oblik zrna, specifina povrina)
fizike karakteristike (brzina taloenja, stvarna gustina, nasipna gustina, tvrdoa,
elektrina provodljivost,...)
fiziko-hemijske karakteristike (rastvorljivost, higroskopnost, sposobnost kvaenja,hemijski sastav,...)
mineroloke karakteristike (sastav pojedinih frakcija i faza)
fizioloke karakteristike (toksinost, tetnost za disajne organe,...).
Rasprostiranje i taloenje vrstih estica u atmosferi i njihovo izdvajanje iz noseeg gasa (fluida)
moe se odrediti korienjem brzine taloenja estice u gravitacionom polju Zemlje i to prema
izrazu:
,,)(
3
4
s
mgssdtw
= (1.1)
gde su:
s gustina estice, kg/m3,
gustina fluida, kg/m3,
g ubrzanje zemljine tee, m/s2,
ds prenik estice, m, koeficijent otpora,- .
Koeficijent otpora zavisi od karakteristika fluida i odreuje se u zavisnosti od Rejnoldsovog
(Reynolds) broja Re.
Pri laminarnom reimu Re < 2 koeficijent otpora moe se odrediti korienjem formule
Stoksa (Stokes):
,,Re
24=
sdtw =Re . (1.2)
Tada je brzina padanja (taloenja) estice:
s
mgssd
tw ,)(2
18
1
= (1.3)
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
8/108
- 8 -
gde je: dinamika viskoznost sredine, Pas.
U oblasti 2< Re < 500 (prelazni reim) moe se primeniti formula Ozena (Oseen):
.,6,0Re5,18 = (1.4)
pa se brzina taloenja estice moe priblino odrediti pomou izraza:
43,0285,0
715,0)(43,078,0
=
ssdtw . (1.5)
U turbulentnoj oblasti 500
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
9/108
- 9 -
,2
)(3
gssdrA
= (1.8)
2. sa dijagrama (slika 1.3) se na osnovu izraunatog Ar broja oitava vrednost Ljaenkovog
Ly ili Rejnoldsovog Re broja i na osnovu oitanih vrednosti rauna brzina taloenjaestice:
3 2)(
gsLytw
= , (1.9)
ili pomou izraza:
sd
eRtw
=
, (1.10)
pri emu su korieni sledei kriterijumi:
sdtweR
= , (1.11)
.)(
23
=
sg
twyL (1.12)
Prenik estice koja se taloi poznatom brzinom odreuje se obrnutim redosledom. Prvo se
rauna Ljaenkov broj, a zatim iz dijagrama (Prilog I) oitava kriterijum Arhimeda, na osnovu
koga se prorauna vrednost prenika za esticu loptastog oblika:
3 .,)(
2m
gs
Arsd
=
(1.13)
Bezdimenzionalne veliine koje se koriste pri odreivanju efektivnosti ureaja za izdvajanje
estica iz gasova su:
Rejnoldsov broj (predstavlja odnos veliina sila inercije i sila viskoznosti u struji fluida)
Rejnoldsov broj za esticu (karakterie kretanje estice u struji gasa)
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
10/108
- 10 -
Knudsenov broj (karakterie kretanje estice i predstavlja odnos duine slobodnog puta
molekula gasa i prenika estice)
popravni koeficijent Kaningema (obuhvata kretanje estica za sluaj bez sudaranja sa
molekulama gasa estice malog prenika i razreeni gasovi)
Stoksov broj (uzima u obzir uticaj na esticu sile zemljine tee i sila viskoznosti).
vrste estice mogu se uslovno podeliti na:
inertne vrste estice (ugljeni prah, estice sa sadrajem silicijuma)
vrste estice sa sadrajem tekih matala (Cu, Zn, As, Ag, Cd, Sn, Pb,Hg, imisione
vrednosti za Cd kreu se u granicama 0,02 0,2 mkg/m3)
vlaknaste vrste estice (azbestni prah, zakonske norme ve predviaju zabranu
proizvodnje i primene proizvoda od azbesta)
vrste estice sa sadrajem jedinjenja policklinih ugljovodonika (dioksini, furani, ova
jedinjenja nastaju pri sagorevanju otpada sa sadrajem hlora, doputene emisione
vrednosti za ove estice su reda veliine 0,1ng/m3).
Tehniki prahovi (vrste estice) mogu se klasifikovati i prema drugim kruterijumima npr.
tehnolokim karakteristikama kao:
ugljeni prah
ugljenik u vidu nesagorelog finog praha, leteeg koksa i ai
prahovi metala i oksidi metala
letei pepeo
prahovi vezivnih sredstava (cement, kre, gips,...)
prahovi iz prehrambene industrije organski prahovi iz hemijske industrije
neorganski prahovi iz hemijske industrije
meavine prahova ukljuujui i prahove iz poljoprivrede.
Ugljeni prah i letei pepeo su od posebnog ineresa za inenjersku praksu. Sagorevanjem uglja u
loitima termoenergetskih postrojenja (termoelektrane, toplane) emituju se velike koliine
pepela koji se zbog loeg rada (niskog stepena izdvajanja pepela u elektrofilteru) dospijevaju u
atmosferu i zagauju okolinu.
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
11/108
- 11 -
Na primer rezultati ispitivanja elektrofiltra u TE Obrenovac ukazuju na visok zapreminski maseni
udeo pepela u dimnim gasovima koji odlaze u atmosferu od oko 2500 mg/m3 (blok A1 i A2) to
je 50 puta vie od zakonom propisanih vrednosti za emisiju leteeg pepela od 50 mg/m3 .
Udeo isparljivih komponenata (Cisp+H+O+N) u uglju u znatnoj meri utie na emisiju leteeg
pepela i ai. Na primer za ugljeve sa sadrajem isparljivih komponenata iznad 15% ne
preporuuje se sagorevanje na nepokretnoj reetki. Ugljeve sa visokim sadrajem isparljivih
komponenata bolje je sagorevati u spraenom stanju, u loitima sa pokretnom reetkom.
Koliina i sastav gorivih isparljivih materija zavise od niza uticajnih veliina:
vrste uglja brzine zagrevanja
temperature
vremena itd.
Donja toplotna mo gorivih isparljivih materija moe se odrediti pomou izraza:
./,,8339,46
)4262(5,47401,5011,10298,119,
kgMJnHmCnHmCdHHC
HCHCCHCOHdvolH
+
+++++=
(1.14)
Problem primene jednaine (1.14) jeste u tome to sastav gorivih isparljivih komponenata veine
ugljeva nije poznat i zahtevaju dugotrajna i specifina istraivanja.
Gasovite zagaujue komponente mogu se svrstati u sledee vanije grupe:
jedinjenja sumpora
jedinjenja azota
jedinjenja kiseonika organska jedinjenja
halogeni i jedinjenja halogena
mirisi.
Jedinjenja sumpora uglavnom se emituju kao SO2, SO3,H2S i merkaptani. Inae, sumpor gradi
vei broj oksida, a od praktinog znaaja su SO2 i SO3.
Sumpor dioksid (SO2) nastaje pri procesima sagorevanja uglja, nafte, zemnog gasa. Zbog
svoje gustine 2,93kg/m3 pri 1,013105Pa i 0C koncentrie se u prizemnim slojevima atmosfere
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
12/108
- 12 -
izazivajui ekoloke probleme. Neznatan deo oko 5% emitovanog SO2 u atmosferu osidie u
SO3 i sa vlagom iz vazduha stvara sumpornu kiselinu, to onda dovodi do pojave kiselosti
kinice (kiselih kia), reka i jezera. Sumpor dioksid je bezbojan, otrovan i korozivan gas otrog
mirisa.
Nastajanje SO2 odvija se prema reakciji :
),(2)(2)( gSOgOsS + , ./297 molkJH = (1.15)
U tabeli 1.2 prikazane su fizike osobine SO2, a na slikama 1.3 -1.5 fiziko hemijskeosobine.
Tabela 1.2. Fizike osobine SO2
Temperatura topljenja pri 1013mbar -75,50 C
Toplota topljenja 115,6 J/g
Dinamika viskoznost pri 00 C 368 PaS
Gustina pri - 100 C 1,46 g/cm3
Kritina gustina 0,525 g/cm3
Kritini pritisak 78,8bar
Kritina temperatura 157,50 C
Gustina pri 00 C i 1013 mbar 2,93 kg/m3
Entalpija stvaranja (pri standardnim uslovima) - 297,01 kJ/mol
Specifini toplotni kapacitet Cp pri 00 C i 1013 mbar 586 J/kg K
Specifini toplotni kapacitet Cp pri 1000 C i 1013 mbar 662 J/kg K
Specifini toplotni kapacitet Cp pri 3000 C i 1013 mbar 754 J/kg K
Specifini toplotni kapacitet Cp pri 5000 C i 1013 mbar 816 J/kg K
Cp/CV pri 150 C i 1013 mbar 1,29
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
13/108
- 13 -
Slika 1.3. Napon pare SO2 u zavisnosti Slika 1.4. Rastvorljivost SO2 u
od temperature sumpornoj kiselini pri 1,013105Pa
Slika 1.5. Rastvorljivost SO2 u vodi u zavisnosti odparcijalnog pritiska SO2
Stvaranje sumpor-trioksida moe se predstaviti reakcijom:
,gO3SgO2
1+gSO )()(2)(2 = 0kJ99-=H , (1.16)
Zavisnost konstante ravnotee reakcije stvaranja SO3 od temperature moe se prikazatiformulom:
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
14/108
- 14 -
,-T+T
=Kp 25,9log611,05,5186
log (1.17)
gde su:
T - apsolutna temperatura pri kojoj se odvija hemijska reakcja, K,
p 50O2
pO2S
pO3S=Kp ,
- konstanta ravnotee pri konstantnom pritisku u reaktorskom
prostoru, Pa - 0.5,
pO3S
,pO2
,pO2S
- parcijalni pritisak sumpor-dioksida, kiseonika i sumpor
trioksida u ravnotenoj smei, Pa.
U odsustvu katalizatora reakcija stvaranja SO3 protie veoma sporo. Kao katalizator se u industriji
koristi sundjerasta platina V2O5. Sumpor-trioksid burno reaguje sa vodom uz nastajanje sumporne
kiseline. Reakcija tee po formuli:
.kJ5132-=H,tO4SH2OH2 (t)+gO3S ,)()( (1.18)
Fizike osobine sumpor-trioksida prikazane su u tabeli 1.3.
Tabela 1.3. Fizike osobine SO3
Gasoviti SO3:
Gustina pri 100 C i 1013 mbar
Specifini toplotni kapacitet Cp pri 1000 C
i 1,013 105 Pa
Specifini toplotni kapacitet Cp pri 5000 C i 1,013 105 Pa
3,57 g/l
2,543 kJ/(m3K)
3,191kJ/(m3K)
Teni SO3:
Gustina pri 250
CTaka kljuanja pri 1013 mbar
Toplota isparavanja
Pritisak pare pri 200 C
Pritisak pare pri 300 C
Pritisak pare pri 500 C
Pritisak pare pri 1000 C
Kritina temperatura
Kritini pritisak
1,9 g/cm3
44,80 C
538 J/g
0,26 bar
0,47 bar
1,32 bar
8 bar
217,70 C
81,9 bar
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
15/108
- 15 -
Sumpor-vodonik se emituje iz rafinerija nafte i ima ga u zemnom gasu. Javlja se u sva tri
agregatna stanja: gasovitom, tenom i vrstom. Osobine sumpor-vodonika prikazane su u
tabelama 1.4 do 1.6. Rastvorljivost H2S u vodi nije velika. Pri temperaturi od 1000 C i pritisku 5,06
bar rastvorljivost H2S u vodi iznosi oko 3,5 cm3 H2S/ (g H2O), (slika 1.6).
Tabela 1.4. Fizike osobine H2S
Molarna masa 34,080 kg/kmol
Taka topljenja - 85,60 C
Taka kljuanja pri 1010,8 mbar - 60,40 C
Kritina temperatura 100,380 C
Kritini pritisak 90,05 bar
Kritina gustina 0,349 g/cm3
Gustina pri 00 C i 1010,8 mbar 1,539 g/cm3
Koeficijent kompresibilnosti pri 00 C 1,012
Toplota topljenja 18,673 kJ/mol
Specifini toplotni molarni kapacitet
pri konstantnom pritisku i 250 C
34,22 J/(mol K)
Molarna entropija pri 250 C 205,5 J/(mol K)
Entalpija veze pri 250 C -20,7 kJ/mol
Slobodna entalpija veze -33,0 kJ/mol
Tabela 1.5. Osobine tenog H2S
Taka topljenja za razliite vrednosti pritiska
t, 0 C -72,8 -60,6 -46,1 -22,4 -0,8 24,8
p, bar 0,5 1 2 5 10 20
Gustina za razliite vrednosti temperature
, g/cm3 0,903 0,871 0,825 0,787 0,741 0,680
t, 0 C -47 -28 0 20 36 58
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
16/108
- 16 -
Slika 1.6. Rastvorljivos H2S u vodi u zavisnosti od temperature
Tabela 1.6. Koeficijent rastvorljivosti H2S u vodi u zavisnosti od temperature
Sumpor-vodonik nastaje reakcijom vodonika i sumpora. Ova reakcija moe se prikazati formulom:
).(2)(22
1)(2 gSHgSgH + (1.19)
Konstanta ravnotee Kp i log Kp za navedenu reakciju stvaranja H2S u zavisnosti od temperature
prikazana je u tabeli 1.7.
U grupu azotnih oksida spadaju: NO,NO2,N2O3,N2O4. Oksidi azota nastaju pri visokim
temperaturama u loitima i potiu uglavnom od azota iz vazduha koji je potreban za sagorevanje.
Oksidi azota uglavnom se emituju iz postrojenja za proizvodnju azotne kiseline. Amonijak (NH3)
Koeficijent rastvorljivosti H2S
, m3 /(gbar) 4,53 2,355 1,62 1,17 0,91 0,81
t, 0 C 0 21 40 60 80 100
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
17/108
- 17 -
prouzrokuje tetnosti samo u blizini emisionog izvora. Znatno poveanje koncentracije NO u
dimnim gasovima javlja se pri temperaturama iznad 1400C.
Tabela 1.7. Konstanta ravnotee reakcije stvaranja
H2S u zavisnosti od temperature
Temperatura, K Kp, Pa-0.5 log Kp
400 0,026 10-10 - 11,58
500 0,006 10-7 - 9,22
600 0,019 10-6 - 7,72
800 0,017 10
-4
- 5,771000 0,024 10-3 - 4,62
1200 0,015 10-2 - 3,82
1500 0,009 10-1 - 3,05
1800 0,031 10-1 - 2,51
Najvanije jedinjenje kiseonika je ugljen monoksid (CO). Uglavnom je prisutan u dimnimgasovima iz motornih vozila i iz postrojenja hemijske industrije. Uslovi za smanjenje emisije CO
su: prisustvo vika molekularnog kiseonika (vazduha), visoka temperatura (iznad 900C) i
dovoljno vreme zadravanja reagujuih komponenata u zoni visokih temperatura.
Jedinjenja hlora i fluora su predstavnici halogenih zagaujuih komponenata. Fluor vodonik
(HF) deluje toksino i veoma agresivno ve u malim koncentracijama. najee se emituje pri
proizvodnji fosfatnih ubriva, u industriji keramike, aluminijuma i ciglanama.
Hlor (Cl2) i hlorovodonik (HCl) sreu se u proizvodnji hlora i hlorovodonika.
Ugljen dioksid (CO2) i vodena para (H2O) su sastavni delovi vazduha i uslovno se ne
ubrajaju u zagaujue komponente. Kao emisija iz postrojenja za transformaciju energije znatno
optereuju atmosferu. Godinja emisija CO2 izraena kao emisija ugljenika iznosi 31016g iz
procesa fotosinteze i 41015g iz procesa sagorevanja.
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
18/108
- 18 -
Mirisi takoe deluju tetno i deluju kao optereenje. Nastaju pre svega iz bioloki otpadaka.
Nastaju i u industrijskim granama kao to su prerade biljnih i ivotinjskih proizvoda (prionice
kafe), kompostiranje smea, industrija celuloze, stoarske farme,...
Zagaujue komponente u atmosferi mogu da izazivaju ozbiljne posledice. Na primer gasovi
CO2, CO, CH4, oksidi azota ine takozvane gasove staklene bate. Poveanje koncentracije
ovih gasova u atmosferi utie na smanjenje debljine ozonskog omotaa i povienja temperature
na zemlji.
Postoji veliki broj jedinjenja na koje treba obratiti panju zbog tetnih posledica. Neke
komponente su izuzetno opasne po zdravlje ljudi kao to su: ivine pare, vinilhlorid, benzol i za
njih postoke posebni kriterijumi kontrole.
Svaki proces proizvodnje energije i materijala mora imati odgovarajue tehnike mere za
smanjenje emisije zagaujuih komponenata u ivotnu sredinu. Emisije (knocentracije)
zagaujuih komponenata u atmosferu moraju biti u granicama zakonom propisanih vrednosti. U
prilogu II prikazane su granine vrednosti zapreminske masene koncentracije SO2 u nekim
zemljama Evrope i Srbije.
Emisija vrstih estica u dimnim gasovima (pri 1,013105Pa i 0C) ne sme da prekorai:
50 mg/m3 kod postrojenja toplotne snage od 5 MW i vie
150 mg/m3 kod postrojenja toplotne snage ispod 5 MW.
Emisija CO2 ne sme da prekorai 0,25 g/m3, a emisija organskih jedinjenja ne sme da prekorai
50 mg/m3 .
Emisija azotnih oksida u dimnim gasovima ne sme da prekorai 0,30 g/m3.
Detaljnije o graninim vrednostima emisije zagaujuih komponenata moe se videti u
odgovarajuoj literaturi.
2. ZATITA VODA
Prema proceni, na zemlji ima oko 1,4 milijardi km3 vode, od ega 97,2% otpada na slanu vodu
mora i okeana. Dalje, na polovima i planinama nalazi se oko 2% vode stalno zamrznute u led.Na zemlji nalazimo samo oko 0,8% od ukupne koliine rezervi slatke vode, kao povrinske i
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
19/108
- 19 -
podzemne, koje su u stalnom pokretu - od isparavanja, do padavina i renih tokova, jezera i
mora. Ovo kruenje je ujedno efikasan nain za preiavanje voda.
Danas se potronja vode kree od 10 do 1500 l/dan po stanovniku dok u sluajevima visokog
standarda potronja dostie i 3000 l/dan po stanovniku. U mnogim sredinama suoeni smo sa
nedostatkom kvalitetne vode. R
Izvori zagaenja voda su raznoliki. To su:
ljudski i ivotinjski otpadni materijali
prodiranje vetakih ubriva u podzemne vode
prodiranje otpadnih voda iz neureenih deponija smea
otpadne vode iz industrije
kanalizacione otpadne vode.
U javnu kanalizaciju ne smeju se putati otpadne vode iz bolnica, klaonica, veterinarskih stanica,
kafilerija i slinih ustanova, ako nisu prethodno dezinficirane, kao i otpadne vode koje mogu
tetno uticati na instalacije, graevine i ureaje javne kanalizacije.
Ugroenost povrinskih voda toplotnim optereenjem se uglavnom zanemaruje. Pri povienimtemperaturama smanjuje se masa kiseonika u vodi, to se negativno odraava na bioloke
procese samopreiavanja.
Opasne zagaujue komponenete u vodama su: organske materije i lako isparljivi derivati nafte,
pesticidi, hrom ,bakar,cink, nikal, gvoe, olovo, deterdenti i sl. Vea koncentracija ovih
komponenata u vodi uzrokuje tetna dejstva na zdravlje ljudi.
2.1. GRANINE VREDNOSTI IMISIJE (GVI)
Da bi voda (vazduh) bila upotrebljiv za pie (disanje) i uopte za ljudsku upotrebu, mora imati
odreene osobine, tj. odreene sastojke, a ne sme imati neke druge sastojke preko odreene
granice. Granica koja odreuje maksimalno dozvoljenu koliinu neke tetne materije u jedinici
zapremine posmatrane sredine naziva se Granina vrednost imisije (GVI).Oigledno je da je
GVI po svojoj sutini NORMA KVALITETA, granica tolerisanja. Najee se primenjuje na vodu,
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
20/108
- 20 -
vazduh u atmosferi i radnim prostorijama, na ivotne namirnice, radioaktivno zraenje i drugo.
Utvrivanje granine vrednosti moe da bude vremenski ogranieno. Granine vrednosti
definisane su raznim zakonskim propisima kao to su:
pravilnik o opasnim materijama u vodama, Sl. Glasnik SRS, 31/82 pravilnik o tehnikim i sanitarnim uslovima za uputanje otpadnih voda u
gradsku kanalizaciju, Sl. List Grada Beograda5-224/98
pravilnik o higijenskoj ispranosti vode za pie, Sl. List SRJ42/98.
Granine vrednosti tetnih materija za vodu prikazane su u prilogu III.
Pokazatelji tetnog dejstva komponenata u otpadnoj vodi su:
organoleptiki (komponente koje daju vodi boju, neprijatan ukus i miris)
opte sanitarni (komponente koje imaju sposobnost samopreiavanja kao to su:
bakar, cink, hrom, deterdent)
sanitarno toksini (za komponente koje imaju toksino deijstvo kao to su: iva, olovo,
cijanid,arsen).
Industrijaske otpadne vode imaju baznu reakciju (kiselu reakciju zbog fermentacionih procesa)
pH7. Zbog toga je mogue putanjeindustrijskih otpadnih voda u kanalizacionu mreu komunalnih otpadnih voda.
Glavni zagaiva vode otpadnom toplotom jesu termoelektrane, a u manjoj meri termiki procesi
u rafinerijama nafte, u hemijskoj industriji i crnoj metalurgiji.
Zagaujue komponente u vodama mogu se podeliti na:
komponente koje se u vodi ne razgrauju i uglavnom ostaju u vodi
komponente koje se razgrauju u vodi i postepeno iezavaju iz vode.
U prvu grupu uglavnom spadaju neorganske komponente. Kako se ove komponente ne
razgrauju u vodi, proraun doputenih koncentracija komponenata u otpadnoj vodi pre ulivanja
u vodotok nije veliki problem.
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
21/108
- 21 -
Proraun doputenih koncentracija komponenata koji spadaju u drugu grupu je prilino sloen.
Koncentracija ovih komponenata u otpadnoj vodi zavisi od intenziteta i brzine procesa
samopreiavanja. Najvaniji inioci samopreiavanja vode jesu aerobne bakterije koje
razgrauju orgnske komponente uz potronju kiseonika. Stepen aktivnosti ovih bakterija zavisi
od:
temperature vode
prisustva toksinih komponenata u vodi koje mogu usporiti ili ak zaustaviti proces
samopreiavanja
od procesa fotosinteze
od turbulencije strujanja vode i drugih faktora.
Manjak kiseonika u vodama reka i jezera je poguban za opstanak riba. Minimalna zapreminska
masena koncentracija kiseonika rastvorenog u vodi je 5 mg/l.
Hlor u vodi je veoma otrovan. Pri koncentraciji 0,1 do 0,2 mg/l unitava riblju mla i rakove.
Koncentracija amonijaka od 0,2 mg/l deluje toksino na mla pastrmke, 0,8 mg/l na arana, 2
mg/l na crve u mulju i 9,2 mg/l na larve insekata.
Koncentracija deterdenta od 20 do 25 mg/l dovodi do pomora riba za 6 asova.
Izbor tehnolokog procesa preiavanja otpadnih voda zavisi od mesta njihovog nastajanja
(komunalne i industrijske otpadne vode) i mogunosti recipijenta (prijemnika). Pre poetka
projektovanja postrojenja potrebno je uzeti reprezentativne uzorke otpadne vode i vode iz
raspoloivog recipijenta, pa prema rezultatima fiziko hemijskih analiza uzoraka (boja, miris,
suspendovane komponente, pH, temperatura) pristupi odreivanju stepena preiavanja
otpadne vode, a zatim projektovanju i izgradnji postrojenja.
2.2. KLASIFIKACIJA VODA
Prema literaturnim podacima vode se mogu podeliti na:
vode I klase su najistije prirodne vode, izvorita reka i njihovi gornji tokovi.
Upotrebljavaju se za pie ili u prehrambenoj industriji. Naseljavaju ih plemenite vrste riba
(salmonidi). Nemaju miris, vidljivu boju niti otpadne tvari.
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
22/108
- 22 -
vode II klase su jo uvek relativno iste. Mogu se koristiti za rekreaciju i uz odreeno
preiavanje za snabdevanje gradova vodom. Ne smeju imati miris ni boju, a ostali
pokazatelji su navedeni u tabeli 2.1.
vode III klase su zagaene prolaskom kroz gusto naseljene i industrijske oblasti. Imaju
miris i vidljivu boju, ali se jo uvek mogu koristiti u poljoprivredi i nekim granama
industrije. Pokazatelji za ove vode imaju znatno vie granine vrednosti.
vode IV klase su sve one vode koje ne spadaju u prethodne tri klase. Vrlo su zagadjene i
moraju se preiavati ako se hoe upotrebljavati u odredjene svrhe.
Tabela 2.1. Pokazatelj kvaliteta voda
Klasa
I II III IV
Rastvoreni O2 mg/l >8 >6 >4 >3
Zasienost sa O2
saturacija 90 -105 75 - 90 50 -75 30 -50
supersaturacija - 105 - 115 115 -125 125 -130
BPK5 mgO2 /l 4
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
23/108
- 23 -
pH vrednost predstavlja koncentraciju vodonikovih jona u vodenom rastvoru i predstavlja meru
kiselosti, odnosno bazinosti sredine. Ako je koncentracija vodonikovih jona u vodi vea od 10-7
mol/l, voda je bazna (pH>7), a u suprotnom je kisela (pH
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
24/108
- 24 -
Ekoloka analiza obuhvata procenu stanja vode kao ivotnog prostora biolokih sistema posle
uvoenja otpadnih voda.
2.4. PROCESI, UREAJI I POSTROJENJA ZA PRERADUOTPADNIH VODA
Smanjenje zagaenosti voda otpadnim vodama moe se postii:
organizacionim ili tehnolokim promenama u industrijskim procesima nastajanja otpadnih
voda
zamenom vode drugim sredstvima, posebno vazduhom i procesima hlaenja primenom postupaka za preradu otpadnih voda.
Najbolja strategija zatite voda podrazumeva to je manje mogue korienje vode za
industrijske procese. Temperatura otpadne vode iz procesa trebako bi da bude jednaka
temperaturi vode na ulazu u proces.
Pri razvoju novih i racionalizaciji postojeih procesa trebalo bi:
prednost davati reenjima sa manjom potronjom vode i manjim zagaivanjem otpadnih
voda
dobijati to vie sekundarnih sirovina iz procesa korienja i prerade voda
kod proizvoda jednake vrednosti prednost dati proizvodnji sa manjom specifinom
potronjom vode.
Postupci prerade otpadnih voda su u tesnoj vezi sa karakteristikama proizvodnog procesa.Metode se mogu podeliti na: mehanike, hemijske,bioloke, toplotne.
Mehanike metode preiavanja vode sastoje se u uklanjanju mikro i makro suspendiranih
estica iz vode, organskog i anorganskog porekla. U tu svrhu slue reetke, sita, taloenje,
flotacija, filtriranje centrifugiranje. Principrada ovih uredjaja zasniva se na razliitim specifinim
teinama suspendiranih esticva i vode. Pre nego to vodadoe u te ureaje, iz nje se uklanjaju
sve plivajuemakromaterije, kao papir, ostaci drveta, plastike, itd., i to nasistemu grubih i finih
usitnjavanja makromaterija u napravama koje se nazivaju kominutori. Njihova primena je vrlo
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
25/108
- 25 -
iroka. Flotatori uglavnom slue za odvajanje materija lakihod vode, kao to su sve vrste ulja i
masti. Razne vrste flotatora primenjuju se u tehnici proiavanja otpadnih voda u naseljima,
kao i specifinim industrijskim granama.
Hemijski postupci su: flokulacija, neutralizacija, katalitika oksidacija, izmena jona i
dezinfekcija. Flokulacijom se naziva proces stvaranja pahuljica-flokula, dodavanjem vodi
izvesnih hemikalija, oko kojih se hvataju suspendirane estice koje lebde u vodi. Kako se
optimalna vrednost pH vode kree od 6 do 8, prethodno se mora izvriti neutralizacija, bilo sa
alkalnog ili kiselog podru ja, na optimalnu vrednost. Ovde se mogu primeniti i razne druge
hemijske reakcije koje imaju zadatak da grade nerastvorne i rastvorljive spojeve (jedinjenja).
Neke od hemijskih reakcija su dobro poznate, te se primenjuju u standardnim metodama, dok se
mnoge specifine reakcije moraju prethodno laboratorijski ispitati. Postoje razliite hemijske
metode i uglavnom su patentirane.
Bioloki postupci preiavanja U prva dvapostupka se radi na selekciji, tj. odstranjivanju
nepoeljneorganske, odnsono preteno anorganske materije,
suspendirane ili rastvorene u otpadnoj vodi. Time se postie to da se u biolokom
preiavanju, obradi, u principu samo organska materija, odnosno jedinjenja. Kako je ve ranije
istaknuto razlaganje organskih jedinjenja dogadja se pod uticajem bakterija. U aerobnompostupku se biodekompozicija organske materije dogadja uz prisustvo kiseonika, u anaerobnom
bez prisustva kiseonika u vodi. Sve dok u nekom vodotoku ima i najmanja koliina kiseonika
bioloki procesi su aerobni. Kada se sav kiseonik utroi, tada su procesi biorazgradnje
anaerobni.
U svrhu bioloke razgradnje, otpadnoj vodi se na vetaki nain moe dovesti vea koliina
kiseonika u kraem ili duem periodu. To dovodjenje kiseonika, pomou vazduha iz atmosfere
moe se postii na sledee naine:
doziranjem vazduha pomou kompresora niskog pritiska kroz sistem cevi poloen uz dno
bazena
horizontalni rotori, u stvari valjci, imaju radijalne nastavke poput jeevih igala
vertikalne turbine
prokapnici rade na principu prokapavanja vode preko tela od lomljenog kamena.
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
26/108
- 26 -
U grupu toplotnih postupaka spadaju: isparavanje, destilacija, ekstrakcija, membranska
filtracija, hlaenje.
Proces preiavanja komunalnih otpadnih voda moe se uslovno podeliti na sledee celine:
predtretman separacija, proces flotacije, primarno preiavanje (taloenje), bioloka aeracija,
sekundarno preiavanje (taloenje), filtriranje, zavrna aeracija, tretman muljeva.
ema primarnog i sekundarnog preiavanja otpadnih voda prikazana je na slikama 2.1 i 2.2.
Slika 2.1. Uproena ema primarnog preiavanja otpadnih voda
Slika 2.2. Uproena ema sekundarnog preiavanja otpadnih voda
Mrea za vrsteplivajue materije
Uklanjanje masti ipene
Izbistrivanje(sedimentacija)
IZLAZ
ULAZ
Zgunjavanjemulja
Pohranjivanjevrstih materija
Kapajui filtar(aeracija)
Aktivni mulj(aeracija)
Izbistravanje
Recikliranje mulja
Tercijarnopreiavanje
Zgunjavanje idigestija
Uklanjanje vrstihmaterija
IZLAZ
ULAZ
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
27/108
- 27 -
2.4.1. MEAI I UREAJI ZA OSREDNJAVANJE KARAKTERISTIKA
OTPADNIH VODA
Protok i sastav otpadnih voda je promenljiv, pa se pri naglim promenama protoka otpadnih voda
naruava rad talonika i filtara. Promenom sastava otpadnih voda naruava se rad ureaja za
oksidaciju i neutralizaciju. Usrednjavanje sastava otpadnih voda se postie meanjem voda
razliitog sastava ili uvoenjem reagensa u vodu. Meai koji se najvie koriste u praksi su sa
nepotpunim pregradama i pregradama sa otvorima (slika 2.3).
Slika 2.3. Meai sa pregradama
1 cev za dovod vode, 2 - cevovod za reagens, 3 cevovod za odvod vode,
4 pregrade sa otvorima, 5 pregrade za usmeravanje struje
Pregrade za usmeravanje struje postavljaju se pod uglom od 45 - 135 u odnosu na smerkretanja vode. Ugao od 135 kako je prikazan na slici 2.3 daje veoma dobro meanje vode uz
povean pad pritiska. to je vea brzina vode u suenju, bolje je meanje, ali je vei pad
pritiska. Obino se brzina vode u suenom preseku izmeu pregrada i zida kreu u intervalu od
0,8 - 1 m/s.
Pregrade sa otvorima su normalne na strujanje vode. Postavljaju se 2 do 3 pregrade, sa
otvorima prenika 20 40 mm za manje protoke vode. Za vee protoke vode prenici otvora su
do 100 mm.
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
28/108
- 28 -
Brzina strujanja vode u otvorima pregrada je 1 1,2 m/s. Pregrade sa otvorima obezbeuju
bolje meanje od nepotpunih pregrada.
2.4.1.1. Proraun meaa sa nepotpunim pregradama
Proraun se svodi na odreivanje irine proreza izmeu pregrade i zida, i pada pritiska u
prorezima. Brzina strujanja vode u prorezima obino je konstantna.
Pad pritisak u jednom prorezu je:
Pav
p ,2
2=
, (2.1)
gde su:
koeficijent lokalnog otpora, - ,
gustina vode, kg/m3,
v brzina vode u suenom preseku (prorezu), m/s.
Pri = 45 koeficijent lokalnog otpora iznosi = 2,5. Pri = 90, = 3, a pri = 135, = 3,5.
Nivo vode u odvodnom kanalu je:
,,1
mvB
qH
=
&(2.2)
gde su:
q& - protok vode u meau, m3/s,
B irina odvodnog kanala, m,
V1 brzina vode u odvodnom kanalu, m/s.
Obino se v1 kree od 0,4 0,6 m/s, ali ne manje od kritine brzine pri kojoj dolazi da
taloenja vrstih estica.
irina proreza iznosi:
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
29/108
- 29 -
,,
1
m
g
piHv
qib
+
=
&(2.3)
gde je i redni broj pregrade posmatrano od kraja meaa.
2.4.1.2. Proraun meaa sa pregradama sa otvorima
Proraun setakoe svodi na odreivanje pada pritiska za svaku pregradu i broja otvora na
svakoj pregradi.
Pad pritiska za svaku pregradu je:
,,22
20 Pa
vp
= (2.4)
gde su:
v0 = 1-1,2 m/s brzina strujanja vode kroz otvore pregrade,
koeficijent protoka (zavisi od debljine pregrade i kree se od 0,62 do 0,7),
Broj otvora na svakoj pregradi je:
,2
00
4
dv
qn
=
&
(2.5)
gde je d0,m, prenik otvora.
Meai sa pregradama su nepogodni za primenu u praksi kada je izraeno taloenje
reagenta (na primer, kreno mleko). U ovom sluaju koriste se vertikalni meai (slika 2.4).
Brzina strujanja vode na ulazu u konusni deo iznosi 1 m/s. U cilindrinom delu je manja i
iznosi 0,03 m/s. Vrema boravka vode u meau Zavisi od reagenta i kree se u granicama
od 1 2,5 minuta.
Zapreminavertikalnog meaa je:
,3,60 mQV
=
&
(2.6)
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
30/108
- 30 -
gde su:
Q zapreminski protok vode, m3/h,
- vreme boravka vode u meau, min.,
Popreni presek ulaznog dela konusa je:
,2,1
1 mv
qA
&= (2.7)
gde su:
q& - protok vode, m3/s,
v1 brzina strujanja vode na ulazu u konus (obino 1 m/s), m/s.
Popreni presek cilindrinog meaa je:
,2,2
2 mv
qA
&= (2.8)
gde je v2 brzina strujanja vode u cilindrinom delu (obino manje od 0,03 m/s).
Visina cilindrinog dela iznad povrine vode obino se kree u intervalu od 0,1 do 0,15 m.Pad pritisak kod ovi meaa uglavnom iznosi 2000 3000 Pa.
Slika 2.4. Vertikalni mea
a) odvod vode kanalom sa potopljenim otvorima, b) odvod vodepotopljenim levkom 1 dovod vode, 2 odvod vode, 3 vod za isputanje
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
31/108
- 31 -
taloga, 4 osigura protiv vazdunih mehurova
Nedostaci ovih meaa zahtevaju vei prostor za smetaj pogotovo sa velikim protocima vode.
Ovi nedostaci vertikalnih meaa otklonjeni su mehanikim meaima prikazanih na slici 2.5.
Slika 2.5. Meai sa mealicoma) sa lopaticama, b) sa propelerima, 1 ulaz otpadne vode, 2 ulaz reagenta, 3
elektromotor, 4 reduktor, 5 lopatice, 6 propeler, 7 nepokretan plat, 8
odbojnik, 9 odvod otpadne vode
Vreme boravka vode u mehanikim meaima sa lopaticama je od 3 do 5 min, a u
propelernim od 1 do 2 min.
Broj obrtaja lopatica je od 0,3 do 0,5 s-1.
Protok vode koja struji u nepokretnom platu je:
,/3,1 smVzq =& (2.9)
gde su:
V zapremina meaa, m3,
z broj prolaza vode kroz nepokretan plat ( obino 0,08 0,25 s-1), s-1,
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
32/108
- 32 -
Povrina poprenog preseka nepokretnog plata (bitna za proraun prenika propelera),
je:
,2,0
1 mv
qA
&= (2.10)
gde je v0 brzina vode u nepokretnom platu (obino 1,5 do 2 m/s),
Prenik propelera je:
,,94,0
4m
AD
= (2.11)
Broj obrtaja propelera je:
,1,2cos
045,0
= s
tgD
vpn
(2.12)
gde je ugao nagiba lopatice propelera (obino je 22),
Pad pritiska koji treba da savlada propeler je:
,,2
201 Pa
vpg
Hp
+=
(2.13)
gde su:
H hidraulini stepen korisnosti propelera 8obino 0,8 do 0,9),
pg gubici pritiska usled lokalnih otpora u meau (obino 2000 Pa), Pa,
Snaga na vratilu propelera je:
,,01000
0 kWpq
P
=
&(2.14)
gde je 0 stepen korisnosti (obino 0,75),
Snaga elektromotora je:
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
33/108
- 33 -
,,01 kWp
PP
= (2.15)
gde je p stepen korisnosti prenosa (zavisi od tipa prenosa i iznosi 0,6 do 0,95).
Za osrednjavanje koncentracije zagaujuih kompnenata u otpadnim vodama koriste sevetaka jezera i specijalni rezervoari.
Jezera usrednjivai imaju velike kapacitete. Rezervoari osrednjivai imaju relativno malu
zapreminu. Osrednjavanje se postie prinudnim meanjem otpadnih voda. Primenjuju se
mehanike mealice, barbotiranje vazduhom ili sistem pregrada koje razdvajaju vodu na niz
struja. ema pravougaonih osrednjivaa prikazana je na slici 2.6.
Slika 2.6. Pravougaoni osrednjivai[
1 ulazni kanal, 2 razdelni kanal, 3 dijagonalna pregrada,
4 uzdune vertikalne pregrade, 5 zbirni kanal, 6 izlazni kanal
Zapremina osrednjivaa je:
,3,22
mQQ
V
=
=
&
(2.16)
gde su:
vremenski period (ujednom ciklusu) osrednjavanja karakteristika voda, h,
Q& - srednja vrednost zapreminskog protoka voda u jednom ciklusu, m3,
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
34/108
- 34 -
= 0,7 konstanta,
Q ukupna zapremina vode u jednom ciklusu, m3.
2.4.2. PRIMENA PROCESA TALOENJA I KRISTALIZACIJE PRI TRETMANU
OTPADNIH VODA
2.4.2.1. TALONICI
Taloenje je osnovni postupak izdvajanja iz otpadnih voda nerastvorenih talonih ili plivajuih
mehanikih primesa. Taloenje moe biti prethodna i zavrna etapa preiavanja voda. Dele se
na:
horizontalne (primenjuju se za protoke otpadne vode do 20000m3/dan)
vertikalne talonike (primenjuju se za protoke otpadne vode do 10000m3/dan)
radijalne talonike (rade na istom principu kao horizontalni i koriste se za
kapacitete preko 20000m3/dan).
Za proraun (dimenzionisanje) svih tipova talonika potrebni su podaci o: protoku otpadne vode,
koncentraciji nerastvorenih komponenata, gustini i meavini vode i taloga, kinetici taloenja.
2.4.2.1. 1. PRORAUN HORIZONTALNIH TALONIKA
Vreme taloenjamehanikih estica je:
,,htw
H= (2.17)
gde su:
H dubina talonika,m,
wt brzina taloenja vrstih estica, m/h.
Potrebna duina talonika je:
,, mtw
Hsrvsrvl == (2.18)
gde je:
vsr srednja brzina vode du talonika,m/h,
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
35/108
- 35 -
Srednja brzina vode du talonika moe odrediti pomou izraza:
,/, hmA
Q
srv
&
=
(2.19)
gde su:
Q& - zapreminski protok otpadne vode,m3/h,
A aktivna povrina poprenog preseka talonika,m2,
Povrina talonika u osnovimoe se odrediti na osnovu iskustvenog izraza:
,2,)9,05,0(0 mQA &= (2.20)
ili pomou izraza:
,2,0 mtw
QA
&
= (2.21)
irina talonika je:
.,mHsrv
QB
= & (2.22)
ema horizontalnog talonika prikazana je na slici 2.7.
Slika 2.7. ema horizontalnog talonika
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
36/108
- 36 -
2.4.2.1.2. PRORAUN RADIJALNIH TALONIKA
Povrina poprenog preseka talonika je:
,2,mq
QA
&
&
= (2.23)
gde su:
q& - zapreminski protok otpadne vode po m2 poprenog preseka,m3/(hm2),
Prenik talonika je:
,,4
mq
QD
&
&
=
(2.24)
ili pomou izraza:
.,4
mtw
QD
=
&
(2.25)
Dubina talonika se pri dimenzionisanju usvaja.
Nedostatak horizontalnih i radijalnih talonika je jako izraeno strujanje otpadnih voda, to
izaziva dopunske otpore (padove pritisaka) koje spreavaju taloenje vrstih estica a samim
time i smanjuju i efikasnost rada talonika.
2.4.2.1.3. PRORAUN VERTIKALNIH TALONIKA
Veliki nedostatak horizontalnih talonika jeste problem odvoenja taloga (mulja) iz njih. U tusvrhu koriste se vertikalni talonici (slika 2.8 i 2.9). Pri obradi industrijskih voda, pored taloenja,
treba izvriti degazaciju pomou degazatora (slika 2.10). Vreme boravka vode u degazatoru ne
sme da bude manje od 45s, a brzina isputanja vode ne sme biti vea od 0,05m/s. Visina
cilindrinog dela u degazatoru ne sme biti manja od 1m. Brzina vode na ulazu u talonik je
vu=1,2-4cm/s. Ugao nagiba konusnog dela talonika iznosi =45-60. Vanije karakteristike
vertikalnih talonika su:
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
37/108
- 37 -
Brzina strujanja vode kroz vertikalni talonik je:
,/,)75,05,0( hmtwsrv = (2.26)
Vreme taloenjaestica odreuje se eksperimentalno, ili ako je poznata visina talonika
H pomou izarza:
,,htw
H= (2.27)
Povrina poprenog preseka vertikalnog talonika je:
,2,msrv
QA
&
= (2.28)
Visina radnog dela talonika je:
.,mvh sr = (2.29)
Ugao nagiba konusnog dela talonika inosi 45 do 60,
Za odvoenje vode iz talonika obino se koristi periferni ljeb, a pri preniku talonika
veem od 6m koristi se dopunski zbirni ljeb.
Slika 2.8. ema vertikalnog talonika
45
D/2
h2
h1
= 45 - 60
H
h
d1
D
d
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
38/108
- 38 -
Slika 2.9. Vertikalni talonik sa Slika 2.10. Degazator
spoljanjim uguivaem
1 dovod vode, 2 radna zona, 3 zatitna zona, 4 odvod vode,
5 cev za odvod taloga, 6 uguiva, 7 cev za odvod vode iz uguivaa,
8 - cev za odvod taloga
2.4.2. 2. KRISTALIZACIJA
Kristalizacija je proces formiranja vrste faze unutar homogene tene meavine. Promenom
temperature rastvora moe se dobiti prezasien rastvor, a zatim i kristali rastvorene
komponente. Izdvajanje vrste faze iz tenog rasrvora koji ine rastvorak A i rastvara B je
mogue samo u sluaju ako je koncentracija rastvorka vea od koncentracije u zasienom
rastvoru za datu temperaturu.
Stepen prezasienja rastvora moe se odrediti pomou izraza:
,11 szasx
zasxx
zasx
xS +=
+== (2.30)
gde su:x masa rastvora,kg,kmol,
xzas masa zasienog rastvora,kg,kmol,
zasx
zasxxs
= - relativno prezasienje rastvora,kg/kg,kmol/kmol.
U praksi je obino s 0,02.
Da bi se kristalizacija mogla obavljati potrebno je:
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
39/108
- 39 -
da rastvor bude prezasien
stvaranje nukleusa kristala
rast kristala.
Do prezasienja uglavnom dolazi na tri osnovna naina (slika 2.11):
kristalizacija hlaenjem
kristalizacija isparavanjem
vakuum kristalizacija.
Slika 2.11. Prezasienje rastvora u zavisnosti od temperature rastvora
Nukleacija predstavlja poetak fazne transformacije i manifestuje se stvaranjem centarakristalizacije. Nukleacija moe biti primarna (homogena i heterogena) i sekundarna.
Kod homogene nukleacije:
kristali se moraju oduprijeti ponovnom otapanju
postojanje kritine veliine kristala (rrc rast kristala).
Ako je nukleacija homogena, brzina nukleacije se moe izraunati korienjem jednaine:
+
=
)1(32exp1
sT
ccW , (2.31)
gde su:
c1,c2 konstante koje zavise od vrste supstance.
Heterogena nukleacija se javlja na stranim povrinama koje su u kontaktu sa rastvorom kao tosu zidovi posude, strana tela i estice u rastvoru.
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
40/108
- 40 -
Intenzitet sekundarne nukleacije B0 utvruje se eksperimentalno, i zavisi od naina ostvarivanja
procesa kristalizacije kao i od vrste supstance koja kristalizuje:
,3
,)1(0sm
nukleusabrojasB
+ (2.32)
gde je:
a=3 6, kinetiki stepen nukleacije.
Rast kristala je posledica transporta rastvorka (komponenta A) iz mase tenosti ka povrini
kristala. Brzina rasta kristala wr za konstantnu temperaturu u sistemu raste sa stepenom
prezasienja rastvora s:
za kristale neorganskog porekla
wr = cs,mm/s, (2.33)
za kristale organskog porekla
),2exp(1s
ccrw = (2.34)
gde su:
c,c1,c2 konstante koje zavise od vrste supstance.
2.4.2.2.1. PRORAUN PROCESA KRISTALIZACIJE
Proraun procesa kristalizacije zasniva se na reavanju osnovne jednaine materijalnog bilansa:
,,kgGmgmqmQm ++= (2.35)
gde su:
mQ masa otpadne vode koja se obrauje u kristalizatoru,kg,
mq masa rastvora posle kristalizacije,kg,
mg masa izdvojenih kristala za vreme kristalizacije,kg,
mG masa isparene vode,kg.
Masa izdvojenih kristala odreuje se pomou izraza:
,,~~
~)
~~(
kg
qX
krX
qXGmqXQXQmgm
+= (2.36)
gde su:
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
41/108
- 41 -
QX~
- maseni udeo bezvodne soli u vodi na ulazu u kristalizator,kg/kg,
qX~
- maseni udeo bezvodne soli u rastvoru posle kristalitacije (matini rastvor),kg/kg,
2
1~
M
M
krX = - maseni udeo bezvodne soli u jedinjenju hidratisane soli,kg/kg,
M1 molarna masa bezvodne soli,kg/kmol,
M2 molarna masa hidratisane soli (meavina soli i vode),kg/kmol.
Ako iz rastvora kristalizuje bezvodna so, tada je ./1~
kgkgkrX =
Masa isparene (prirodno isparavanje) vode po m2 povrine kristalizatora (ogledala) odreuje se
iz jednaine:
hm
kgppkGm
=
2),
1002
1(1
, (2.37)
gde su:
k koeficijent isparavanja,kg/(m2Pah),
p1 pritisak zasiene pare pri srednjoj temperaturi isparavanja (srednja temperatura
isparavanja jednaka je srednjoj temperaturi vode),Pa,
p2 pritisak zasiene pare pri temperaturi vazduha,Pa, relativna vlanost vazduha,%.
Ukupna masa vode koja ispari za period isparavanja iz kristalizatora je:
,1 = AGmGm (2.38)
gde su:
A povrina isparavanja,m2
, - vreme isparavanja,h.
Za kristalizaciju bez isparavanja vode, masa izdvojenih kristala je:
.~~)
~~(
qXkrX
qXQXQmgm
= (2.39)
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
42/108
- 42 -
Masa izdvojenih kristala koja se odvija isparavanjem vode pri temperaturi isparavanja Ts
( )~~~
sXqXQX == je:
.~~
~
sXkrX
sXGmgm
= (2.40)
Uinak procesa kristalizacije proporcionalan je brzini stvaranja kristala:
,%.100~
~
=
QXQm
krXgm (2.41)
Koliina dovedene ili odvedene toplote tokom kristalizacije izvodi se iz bilansa kristalizatora(slika 2.12):
Slika 2.12. ema kristalizatora
{ulaz} = {toplota ulazne otpadne vode} + {dovedena toplota}
{izlaz} = {toplota odvedena parom} + {toplota izlazne vode}+{toplota kristalizacije}+{toplotni
gubici}
ili u matematikom obliku:
,QgubghgmqhqmGhGmdovQQhQm +++=+ (2.42)
gde su:
hQ specifina entalpija otpadne vode na ulazu u kristalizator, kJ/kg,
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
43/108
- 43 -
hG specifina entalpija isparene vode (vodene pare), kJ/kg,
hq specifina entalpija rastvora posle kristalizacije (matini rastvor), kJ/kg,
hg specifina entalpija izdvojenih kristala, kJ/kg,
Qdov dovedene toplota u kristalizator, kJ,
Qk toplota kristalizacije, kJ,
Qgub toplotni gubici, kJ.
Entalpija kristalizacije hk mora se odrediti eksperimentalno. Ukoliko je poznata kriva topljenja
kristala, mogue je entalpiju kristalizacije proceniti pomou izraza:
,)
~ln
~(ln
QTqT
QXqXqTQTuR
kh
(2.43)
gde je:
Ru univerzalna gasna konstanta.
U jednainu toplotnog bilansa potrebno je uvrstiti odgovarajui predznak toplote kristalizacije,
zavisno od toga da le se toplota dovodi (+) ili odvodi (-) iz sistema.
Toplota u kristalizatoru se izmenjuje pomou izmenjivaa toplote (unutranjeg ili vanjskog)
preko povrine izmenjivaa:
,2, mmTefk
QA
= (2.44)
gde su:
kef koeficijent prolaza toplote, W/(m2K)
Tm srednja logaritamska razlika temperatura,K.
2.4.2.2.2. KRISTALIZATORI
Kristalizatori su ureaji u kojima se vri proces kristalizacije, tj. proces stvaranja kristala izotpadnih voda. Postoji veliki broj ureaja (kristalizatora) koji se koriste u praksi. Nude razliite
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
44/108
- 44 -
uinke u kvalitetu kristala (istoa, veliina zrna, raspodela veliina) zavisno o dizajnu i
procesnim uslovima. Zavisno o nainu rada postoje:
arni kristalizatori
za male koliine proizvoda, opremljeni mealicama i pumpama
oprema za meanje mora raditi kontrolisano (kontrola brzine hlaenja i
isparavanja)
kontinuirani kristalizatori
konstantan kvalitet proizvoda (kristala).
Prema nainu uklanjanja produkta pri procesu kristalizacije, kristalizatori se mogu podeliti na:
kristalizator bez uklanjanja matinog taloga (luga)
kristalizatori sa uklanjanjem matinog taloga (luga)
kristalizator sa frakcioniranjem produkta (suspenzija nastaje u fluidizovanom
sloju:kristali se razdvajaju sedimentacijom).
Pri odabiru kristalizatora treba voditi rauna o nizu faktora a posebno o kvalitetu dobijenih
kristala (kvalitetu proizvoda) i cijene na tritu (slika 2.13).
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
45/108
- 45 -
Slika 2.13. Kriterijum za odabir kristalizatora
ema nekih osnovih kristalizatora koji se koriste u praksi prikazani su na slikama 2.14 do 2.16.
Slika 2.14. Frakcijska kristalizacija
Svojstva ulazneotpadnevode
Kapacitetproizvodnje
eljeni kvalitetproizvoda
Cijena proizvodanatritu
Nain rada i vrstapomoneopreme
Fiziko hemijskeosobine ulazneotpadne vode
Fiziko hemijskeosobine matinog
rastvora
Fiziko hemijskeosobine kristala
Definisanje procesa kristalizacije
Odabir naina rada
Odabir vrste ureaja
Bilansiranje procesa
Dimenzionisanje ureaja
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
46/108
- 46 -
Slika 2.15. Kristalizator sa meanjem
Slika 2.16. Kristalizator sa prisilnom cirkulacijom
uz kontrolu prezasiene odpadne vode
2.4.3. PRIMENA PROCESA UPARAVANJA, ISPARAVANJA, EKSTRAKCIJE I
AERACIJE PRI TRETMANU OTPADNIH VODA
2.4.3.1. UPARAVANJE
Uparavanje otpadnih voda se primenjuje radi poveanja koncentracije soli u njima, ime se
ubrzava proces kristalizacije. Uparavanje se primenjuje za obradu visokokoncentriranih voda
malih protoka.
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
47/108
- 47 -
Uparavnje otpadnih voda moe se izvesti kao:
jednostepeno (prosto)
izvodi se u otvorenim sudovima
za zagrevanje se koristi para niskog pritiska
viestepeno
koristi se vodena para od uparavanja tenosti u prethodnom stepenu za
uparavanje rastvora u sledeem stepenu
time se smanjuje potronja pare u odnosu na jednostepeno
pod vakumom
izvodi se pri niim temperaturama kljuanja rastvora
sloeniji su u pogledu konstrukcije i eksploatacije u odnosu na proste uparivae
U praksi se najvie koriste viestepeni istosmerni uparivai (slika 2.17). Rad svih uparivaa je
istovetan radu prvog, samo to se kod njih umesto svee pare koristi sekundarna para iz
prethodnog uparivaa.
Slika 2.17. Viestepeni upariva
1-rezervoar sirovog rastvora, 2-rezervoar za stvaranje hidrostatikog pritiska,
3-protokomer, 4-centrifugalna pumpa, 5-greja rastvora, 6,7,8-aparati za uparavanje,
9-kondenzator, 10-izdvaja, 11-rezervoar uparenog rastvora, 12-komora za zagrevanje, 13-parni
prostor, 14-izdvaja kapi, 15-prikljuak za ulaz rastvora, 16-prikljuak za paru, 17-kondenzacioni
lonac, 18-prikljuak za izlaz uparenog rastvora, 19-prikljuak za izlaz sekundarne pare, 20-preliv
Masa vode koja ispari uparavanjem je:
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
48/108
- 48 -
,,~
~1 kg
kx
px
QmGm
= (2.45)
gde su:
mQ masa vode koja ulazi u upariva,kg,
px~ - maseni udeo komponente (soli), kg/kg,
kx~ - krajnji (zadani) maseni udeo komponente u uguenom rastvoru,kg/kg.
Masa vodene pare potrebna za uguivanje rastvora je:
,,'
)''()(kg
DhDh
gubQkhGhGmphkhQmD
++= (2.46)
gde su:
hk specifina entalpija uguenog rastvora, kJ/kg,
hp specifina entalpija vode na ulazu u upariva, kJ/kg,
h''G specifina entalpija pare izdvojene iz rastvora, kJ/kg,
hD specifina entalpija grejne pare na ulazu u upariva, kJ/kg,
h'D specifina entalpija pare (kondenzata) na izlazu iz uparivaa, kJ/kg,
Qgub gubici toplote u okolinu, kJ.
Proraun viestepenih uparivaa se satoji u odreivanju kapaciteta, potronje pare za grejanje i
popvrine zagrevanja.
Kako se svea para za grejanje dovodi samo u prvi upariva, ostali se zagrevaju sekundarnom
parom, to se potronja pare odreuje prema potronji pare u prvom uparivau:
,,1 kgdGmD = (2.47)
gde je:
d potronja pare po kilogramu uparene vode, kg/kg.
Ukupna potrebna povrina za zagrevanje je:
,2,211
mnAAAn
iiAA +++=
=
= (2.48)
gde je:
A1,A2,...,An grejna povrina svakog uparivaa,m2.
U viestepenim uparivaima se obino nalaze uparivai jednakih grejnih povrina, pa izraz
(2.48) prelazi u oblik:
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
49/108
- 49 -
,2,1 mAnA = (2.49)
gde je :
n broj uparivaa,-.
Grejna povrina jednog uparivaa odreuje se pomou izraza:
,2,11
11 m
Tk
PA
= (2.50)
gde su:
P1 toplotna snaga uparivaa, kW,
k1 koeficijent prolaza toplote, kW/(m2K),T1 razlika temperature pare i kljualog rastvora,K.
Toplotna snaga prvog uparivaa je:
,),'(11 kWDhDhDP = & (2.51)
gde je:
1D&
- maseni protok grejne pare, kg/s.
Maseni udeo rastvorene komponente u uguenom rastvoru na kraju prvog stepena uparavanja
je:
.,~1~
kg
kgpx
GmQm
Qm
kx
= (2.52)
2.4.3.2. ISPARAVANJE
Za razliku od uparavanja koje se obavlja na temperaturi kljuanja, isparavanje sa slobodnih
povrina tenosti se praktino odvija pri bilo kojoj temperaturi.
Osnovni zadatak pri projektovanju povrina jeste odreivanje povrine. Ona se moe odrediti
pomou izaraza:
,
2
, mthfhDEiE
gsQgQ
A ++
+=
&&
(2.53)
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
50/108
- 50 -
gde su:
gQ& - godinji protok otpadne vode koja isparava, m3/god,
gsQ& - godinji protok vode sakupljene na povrini isparavanja,m3/god,
Ei proraunski godinji sloj isparene vode, m/god,ED godinji sloj isparene vode usled dopunskog isparavanja (poviena temperatura
otpadne vode), m/god,
hf godinji gubici vode zbog filtracije kroz dno i bone stranice, m/god,
ht srednji godinji sloj taloga, m/god.
Godinji sloj isparene vode odreuje se iz izraza:
,12
1=
=
imiEsKiE (2.54)
gde su:
Ks koeficijent sigurnosti,-,
Emi sloj isparene vode u toku meseca, m/mes.
Sloj isparene vode u toku meseca odreuje se pomou izraza:
),20072,01()200max(15,0 WppnmiE += (2.55)
gde su:
n broj dana u mesecu,-,
pmax pritisak zasienja vodene pare pri temperaturi prijemnika vode, mbar,
p200 srednji meseni parcijalni pritisak vodene pare u vlanom vazduhu na visini
200cm iznad povrine vode, mbar,
W200 srednja brzina vetra na visini 200cm iznad povrine vode, m/s.Vrednost p200 moe se odrediti pomou izraza:
p200=p1+M(p2-p1), (2.56)
gde su:
p1 parcijalni pritisak vodene pare u vlanom vazduhu iznad kopna, u blizini lokacije
povrine za isparavanje, mbar,
p2 granina vrednost parcijalnog pritiska vodene pare pri neprekidnom strujanjunad povrinom vode, mbar,
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
51/108
- 51 -
M empirijski koeficijent koji zavisi od duine vremena strujanja vazduha nad
vodenom povrinom,-.
Vrednost veliine p1 dobija se iz meteoroloke stanice, a veliina p2 zavisi od temperature vode
(slika 2.18).
Slika 2.18. Zavisnost p2 od temperature vode
Vreme strujanja vazduha nad povrinom za isparavanje je:
,,
200
s
W
srL= (2.57)
gde je:
Lsr srednja duina povrine nad kojom struji vazduh,m.
Brzina vetra se dobija na osnovu podataka iz meteoroloke stanice na osnovu izraza:
W200=0,8KWx, (2.58)
gde su:
K popravni koeficijent koji zavisi od mesta meteoroloke stanice,
Temperatura
vazduha,
C
T
emperatura
v
azduha,
C
Temperatura
vode,
C
p2,mbar
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
52/108
- 52 -
Wx izmerena srednja mesena brzina vetra na visini x, m/s.
Pojava masnih mrlja i pena na povrini vode znatno smanjuje intenzitet isparavanja i moe ga
potpuno prekinuti. Zbog toga je pre potrebno odstraniti masnoe i pene sa povrine vode.
2.4.3.3. IZDVAJANJE ISPARLJIVIH KOMPONENATA POMOU VODENE
PARE
Pri isparavanju rastvora lako isparljive komponente prelaze u parnu fazu i naputaju prostor sa
vodenom parom. Na tome je zasnovan proces destilacije primenjen za preiavanje otpadnih
voda. Proces se obavlja u destilacionim kolonama:
sa periodinim
sa kontinualnim tipom.
Najjednostavniji ureaja za destilaciju prikazana je na slici 2.19.
Slika 2.19. ema ureaja za destilaciju
1-kolona za isparavnjem sa ispunom, 2-vlani izdvaja,3-ventilator, 4-zagreja vode
Pri strujanju otpadne vode kroz kolonu u suprotnom smeru od smera strujanja pare, voda se
zagreva do 100C. Lako isparljive komponente delimino prelaze u parnu fazu. Koefeicijent
raspodele komponente u dve faze (para i voda) je:
,~
~
vc
pcK= (2.59)
gde su:
3
1
5
2
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
53/108
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
54/108
- 54 -
visina ispune 6 12m
gustina oroavanja 1 2m3/(m2h),
specifina potronja pare 0,5 1,5kg/kg,
kapacitet kolone 20 200m
3
otpadne vode na dan.
Za preiavanje fenolnih otpadnih voda u laboratorijskim uslovima, karakteristike destilacije su:
specifina potronja pare 0,2 0,5kg/kg,
gustina oroavanja 35 250m3/(m2h)
specifina povrina ispune 80m2/m3
vrednost empirijske konstante = 0,03 - 0,18m/h.
Odnos visine i prenika kolone ne bi trebalo da prelazi vrednost 5 10.
2.4.3.4. EKSTRAKCIJA
Preiavanje otpadnih voda ekstracionom metodom zasniva se na tome da se u smei dve
uzajamno nerastvorljive tenosti svaka komponenta koja se nalazi u rastvoru rasporeuje u
tenosti saglasno njihovoj rastvorljivosti.
Za proces ekstrakcije najee se koriste organski rastvarai koji se ne meaju sa vodom kao
to su: benzol, mineralna ulja, tetrahlorugljenik, itd).
Koeficijent raspodele zavisi od temperature pri kojoj se vri ekstrakcija, i od koncentracije
rastvorene komopnente.
Preiavanje otpadnih voda ekstrakcijom moe se vriti na tri naina:
jednostepena ili viestepena obrada sveim ekstragentom (rastvaraem)
meanje vode i ekstragenta u suprotnosmernom aparatu sa naknadnim razdvajanjem
tenosti
meanje vode i ekstragenta u vie suprotnosmernih aparata.
Eksrakcija moe da bude kontinualna (slika 2.20) i periodina. Periodina se primenjuje za
manje kapacitete (manje protoke otpadne vode).
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
55/108
- 55 -
Ekstraktor je kolona sa ispunom u koju se dovode voda i ekstragent. Ukoliko je gustina
ekstragenta manja od gustine vode, ekstragent se dovodi odozdo. U suprotnom sluaju
ekstragent se dovodi odozgo.
Slika 2.20. ema kontinualne ekstrakcije
Osnovne veliine koje definiu proces ekstrakcije opisane su jednainama (2.64) do (2.68):
koeficijent rapodele je:
,~
~
v
R
c
cK= (2.64)
gde su:
Rc~ - zapreminska koncentracija rastvorene komponente u rsatvarau, g/l,
vc~ - zapreminska koncentracija komponente u vodi, g/l,
krajnja koncentracija komponente u vodi:
,)1(
~~ 0
nbK
cc
+= (2.65)
gde su:
0~c - poetna zapreminska masena koncentracija komponente u vodi ,g/l,
n broj ekstrakcija,-,
K koeficijent raspodele,-,
b specifina potronja ekstragenta po m3 vode za jednokratnu ekstrakciju,m3/m2,
specifina potronja ekstragenta (veliina b) je:
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
56/108
- 56 -
,1Qn
Vb
= (2.66)
gde su:
V1 ukupna zapremina ekstragenta,m3,
Q zapremina vode koja se preiava postupkom ekstrakcije,m3,
materijalni bilans kontinualne ekstrakcije moe se prikazati jednainom:
,~~~0 EcQcQc += (2.67)
gde je:
Ec~ - zapreminska masena koncentracija komponente u ekstragentu na izlazu iz
ekstraktora,g/l,
kod viestepene ekstrakcije (slika 2.21) broj ekstrakcija neophodnih za sniavanje
koncentracije 0~c do c~je:
[ ].1
)log(
~log~)1(~log 0
+=
Kb
ccKbcn (2.68)
Izraz (2.65) ukazuje da je viekratna ekstrakcija sa malim dozama ekstragenta efikasnija odjednokratne.
Slika 2.21. ema viestepene ekstrakcije
I,II,III ekstraktori, 1,2,3 talonici, 4 rezervoar ekstragenta,
5 rezervoar vode
2.4.3.5. AERACIJA
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
57/108
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
58/108
- 58 -
Koeficijent difuzije zavisi od vrste gasa. Koeficijent difuzije za neke gasove je prikazan je u
prilogu IV.
Izdvajanje gasova iz vode, pri intenzivnom meanju sa vazduhom (barbotiranju, rasprivanju)
moe se odrediti pomou izraza:
,43,0~log~log 0V
Scc = (2.71)
gde su:
S povrina rastvora, cm2,
V zapremina rastvora, ml,
koeficijent desorpcije,-.
Koeficijent desorpcije zavisi od vrste gasa i temperature. Pri 25C je za sumpor vodonik 0,07,
za amonijak 0,015 i za ugljen dioksid 0,17.
2.4.4. PROCESI ADSORPCIJE, NEUTRALIZACIJE, MUTACIONOG
FILTRIRANJA, FLOTACIJE I BIOLOKOG PREIAVANJA
PRI TRETMANU OTPADNIH VODA
2.4.4.1. ADSORPCIJA
Adsorpcija je proces akumulacije supstance iz fluida na povrini vrste faze. Supstanca koja se
koncentrie ili adsorbuje naziva se adsorbat, faza na kojoj se vri adsorpcija naziva se
adsorbent. Karakteristike sorbenta su porozna struktura i specifina povrina. Aktivnost sorbenta
definisana je masom adsorbovane komponente po jedinici mase sorbenta.
Najei adsorbenti koji se koriste u praksi su: aktivni ugljenik, posebno umur i koriste se za
adsorpciju mirisa, aktivna zemlja (aluminijium - oksid) pogodan za hemisorpciju SO2 i odsorpciju
vode, silika gel (silicijum dioksid) veoma porozne strukture i koristi se za uklanjanje vlage
H2S.
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
59/108
- 59 -
Pri procesu adsorpcije prenos mase je definisan u tri koraka: transport mase iz rastvora do
granice faza, transport mase kroz granini sloj film, transport kroz unutranje kanale estice
adsorbenta (slika 2.22).
Slika 2.22. ematski prikaz prenosa mase u adsorpciji
Mehanizmi adsorpcije
S obzirom na dominantne sile koje definiu proces i na prirodu veza koja se uspostavlja izmeu
adsorbenta i adsorbata, mogu se razlikovati sledei oblici adsorpcije:fizika, hemijska, selektivno
popunjavanje upljina u kristalnoj reetci, molekulska sita, jonska izmena.
Fizika adsorpcija je rezultat delovanja van der Valsovih sila. U ovom sluaju molekul je
fiksiran na jednom mestu, te je mogue njegovo premetanje na povrini. Fizika adsorpcija
dominira na niskim temperaturama, a karakteriu je niske adsorpcione energije.
Uhemijskoj adsorpciji adsorbat stupa u hemijsku vezu sa adsorbentom. U tom sluaju molekul
nije slobodan za kretanje po povrini.
Adsorpcija supstance iz fluida na povrinu vrstog predstavlja specifini termodinamiki
proces, pri kojem se dostie ravnotea, uz definisanu distribuciju supstance, posle ega vie
nema adsorpcije. Adsorpciona izoterma definie distribuciju adsorbata pri ravnotei, tj.,koliinu
adsorbata adsorbovanu po jedinici teine adsorbenta pri ravnotenoj koncentraciji adsorbata u
rastvoru.
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
60/108
- 60 -
Parametri koji utiu na adsorpciju
Kada se govori o adsorpciji kao metodi treba odgovoriti na sva osnovna pitanja: koliko se
adsorbata moe ukloniti po jedinici teine adsorbenta za postojee radne uslove, i koliko dugo
traje proces adsorpcije te koliine.
Na adsorpciju utiu: osobine adsorbenta, osobine adsorbata, osobine rastvora.
Osobine adsorbenta od znaaja za adsorpciju su:
fizike osobine (veliina granula, oblik, gustina, poroznost, povrinu, itd.)
hemijske osobine (energetski potencijal, polarnost itd.)
adsorpcioni kapacitet (definisan je modelom adsorpcione izotermne ravnotee)
sadraj rastvorljivih primesa
sposobnost regeneracije.
Osobine adsorbata koje znaajno utiu na adsorpiju su: rastvorljivost, struktura molekula,
polarnost.
Najvanije osobine rastvora koje su najbitnije za adsopciju jesu: pH, temperatura i selektivnost
adsorbenta prema polutantu koji se eli ukloniti iz rastvaraa. Vrednost pH moe razliito dautie uslovljeno prirodom i adsorbenta i adsorbata. Vrednost pH moe da ima vei uticaj u
laboratorijskim testovima nego u industrijskom postrojenju, gde je koliina rastvora vea.
Temperatura ima viestruki uticaj. Povienje temperature obino ubrzava proces adsorpcije
zbog intenzivnije difuzije. Pored toga temperatura utie i na rastvorljivost adsorbata u rastvoru
to je od znaaja za prenos mase.
Adsorbent moe da bude u obliku praha, granula, vlakana ili monolitnog adsorpcionog filtra. Ta
injenica uslovljava opremu za proces. Kada je u pitanju granulisani adsorbent koriste se
kolonski ureaji. Kada je adsorbent prah tada se koristi suspenziona tehnika. Za njenu
realizaciju potreban je reaktor sa meanjem i filter.
Najire rasprostranjena adsorpcija u praksi, te i tretmanu odpadnih voda, jesta ona kroz
nepokretni sloj granula koje su smetene u koloni (adsorpcija u sloju).
Prenos mase u sloju obavlja se tako da se prvo iskoristi adsorbcioni kapacitet prvog mikro sloja
adsorbenta, pa se zatim prenosi na sledei sloj. Tako se front prenosa mase kree od ulazaprema izlazu iz ureaja. Ako se formira dijagram zavisnosti izlazne koncentracije adsorbata od
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
61/108
- 61 -
vremena (zapremine obraene tenosti) tada se moe pratiti kretanje fronta prenosa mase i
odreivati vreme regeneracije
(slika 2.23). Ta kriva naziva se probojna kriva i na njoj se uoava prevoj posle koga drastino
raste izlazna koncentracija. To je znak da se front prenosa mase pribliava izlazu tenosti.
Povrina ispod probojne krive predstavlja masu adsorbovanu u okolini, i moe se matematiki
izraunati jednainom dole. Znajui koliinu adsorbenta u koloni, rauna se adsorpcioni
kapacitet:
=V
dVCCM0
0 )( . (2.72)
Slika 2.23. Kretanje fronta prenosa mase kroz sloj adsorbenta
Proraun adsorpcije
Kao sorbent praktino se mogu koristiti svi materijali koji imaju veliku aktivnu specifinu
povrinu: aktivni ugalj, koksni prah, treset, kaolin, strugotina, pepeo, silikagel, itd. Najveu
primenu imaju razliiti tipovi aktivnog uglja i silikagel. Ulogu sorbenta imaju i hidroksidi metala(kod koagulacije), aktivni ugalj, u sudovima za aeraciju, planktoni, sloj biolokog materijala, u
biofiltrima.
Preiavanje adsorpcijom se uglavnom koristi za otpadne vode sa malim koncentracijama
zagaujuih komponenata. Stanje adsorpcione ravnotee moe se predstaviti izrazom:
,~
~
B
A
X
XK= (2.73)
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
62/108
- 62 -
gde su:
K- konstanta ravnotee, -,
AX~
-ravnotena masena koncentracija komponente A u sorbentu,g/kg,
CX~
-ravnotena masena koncentracija komponente C u rastvoru,g/kg.
Masa sorbenta moe se odrediti iz jednaine materijalnog bilansa:
cA cQcQXm~~~=+ (2.74)
odakle je:
AX
cocQm ~)~~(
= (2.75)
gde su:
m masa sorbenta,kg,
Q zapremina otpadne vode,l,
oc~ - poetna zapreminska masena koncentracija komponente u rastvoru, g/l,
c~ ravnotena zapreminska masena koncentracija komponente u rastvoru,g/l.
Jednaina (2.75) uz korienje jednaine (2.73) moe se napisati u obliku:
cK
cocQm ~)~~(
= . (2.76)
Iz jednaine (2.76) moe se odrediti ravnotena koncentracija komponente u rastvoru pri datoj
potronji adsorbenta:
mKQ
ocQc+
=
~~ (2.77)
Ako se otpadnoj vodi, po uspostavljanju ravnotee, dodaju jednake doze adsorbenta,
koncentracija zagaujue komponente posle n tog dodavanaj sorbenta je:
.~)(~ on
nc
mKQ
Qc
+= (2.78)
Analiza poslednje jednaina ukazuje da viestepena obrada otpadne vode omoguava potpunije
iskorienje adsorpcionih sposobnosti sorbenta, i time znaajno smanjuje njegovu potronju.
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
63/108
- 63 -
Za manje zapremine vode viestepena adsorpcija se moe ostvariti u jednom reaktoru sa
meaem za sorbent i vodu. Svaka nova masa sorbenta se uvodi posle vremena neophodnog
za postizanje ravnotee i taloenja sorbenta (slika 2.24).
Slika 2.24. ema trostepenog sorpcionog ureaja sa rednim uvoenjem adsorbenta; 1. ulaz
vode, 2. voda posle prve obrade, 3. Voda posle druge obrade, 4. voda posle tree obrade-preiena voda-izlaz, 5. mealica, 6. talonik za sorbent, 7. ulaz sveeg sorbenta, 8. odvodzasienog sorbenta
Suprotnosmerna adsorpcija najvie koristi sorpcioni kapacitet sorbenta i daje najmanju njegovu
potronju, ali su investicioni i eksploatacioni trokovi poveani u odnosu na rednu adsorpciju.
U poetku ciklusa koncentracija zagaujue komponente u preienoj vodi (filtratu) je bliska
nuli, vremenom ona raste i dostie maksimalnu vrednost, posle ega se sorbent mora
regenerisati ili zameniti novim.
Period vremena rada adsorbera od poetka do momenta pojave nedozvoljene koncentracije
zagaujue komponente u filtratu (preienoj vodi), odnosno rok zatitnog dejstva adsorbera je:
,,hTHK = (2.79)gde su:
H visina sloja sorbenta,m,
K,T empirijske konstante.Obino se asorberi izrauju kao cilindrini razervoari, u kojima je obezbeena ravnomerna
raspodela otpadne vode, sa filtracijom od dna ka vrhu. Proraunska brzina vode je 2 do 4 m/h.
Karakteristine veliine adsorbera su:
masa komponente koja se adsorbuje
( ) aAhHm s = , (2.80)
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
64/108
- 64 -
visina sloja sorbenta
,hsAa
mH +
= (2.81)
dinamika aktivnost adsorbenta
,1 = aa (2.82)gde su:
H- visina sloja sorbenta,m,
m- masa komponente koja se asorbuje,kg,
A S - povrina poprenog preseka adsorbera,m2,
a- dinamika aktivnost sorbenta,kg/m3,
h- empirijska konstanta,m,
a1- dinamika aktivnost adsorbenta po jedinici mase,kg/kg,
gustina adsorbenta, kg/m3.
Primena aktivnog uglja kao adsorbenta
Adsorpcija je proces pomou koga se aktivnim ugljem uklanjaju estice iz vode. Tanije,
adsorpcija predstavlja "sakupljanje estica po celokupnoj povrini adsorbenta. " To je proces
odstranjivanja gde su izvesne estice ograniene na jednom delu povrine adsorbenta bilo
hemijskim ili fizikim dejstvom. esto se pojam adsorpcije brka sa pojmom apsorpcije, u kome je
supstanca sakupljena ili odstranjena prodiranjem po celoj zapremini.
Razlog zbog koga je aktivni ugalj tako dobar adsorbent jeste veliki broj upljina koje poseduje
(slika 2.25).
Slika 2.25. Povrine i pore ugljenika se poveavaju sa leva na desno
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
65/108
- 65 -
Aktivni ugalj koristi proces fizike adsorpcije putem privlanih van der Walsovih sila izvlaei
rastvorak iz rastvora po povrini adsorbenta. Jednom kada je rastvorak ogranien aktivnim
ugljem podrazumeva se da je uklonjen iz vode.
Adsorpcija pomou aktivnog uglja odvija se u tri osnovna koraka:
supstance adsorbuju po spoljanjosti aktivnog uglja
supstance se kreu ka unutranjosti pora
supstance adsorbuju po unutranjim zidovima aktivnog uglja.
Sposobnost adsorpcije se smanjuje tokom vremena i eventualni aktivni ugalj e biti zamenjen ili
reaktiviran. Izoterme su empirijske relacije koje se koriste da predvide koliko se rastvorka moeadsorbovati pomou aktivnog uglja. Tri najpoznatije izoterme su Freundlich-ova, Langmuir-ova i
Linear. U inenjerstvu zatite ivotne sredine i pri detaljnom tretmanu vode za pie najee
koriena izoterma je Freundlich-ova:
,1
nCkm
x= (2.83)
gde su:
x - masa adsorbovanog rastvorka,g,m - masa adsorbenta,g,
C zapreminska masena koncentracija rastvorka,g/l,
k, n - konstante,-.
Upotreba aktivnog uglja u industriji vode
Aktivni ugalj se u industriji vode koristi u nekoliko oblika, najee u obliku praha ili zrna,
susreui se sa mnotvom neeljenih aspekata u sirovoj vodi. Na slici 2.26 prikazano jepostrojenje za tretman vode i pilot skala kolona aktivnog uglja.
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
66/108
- 66 -
Slika 2.26. Upotreba aktivnog uglja u industriji vode
Sezonska primena prakastog aktivnog uglja (PAC) u uzorkovanoj sirovoj vodi ili u brzim
meaimase koriste u nekim postrojenjima za reavanje problema kratkotrajnog kvaliteta sirove
vode kao to je "cvetanje" vode. PAC se najee koristi za otklanjanje problema ukusa i mirisa
koji su estetsko merilo kvaliteta vode. Postoje i druge primene kao to su destrukcija
rezidualnog ozona i prevencija od hemijske kontaminacije, ali jo uvek nisu dokumentovani
(Mallevialle, 1992). Potrebno je kontakt vreme kako bi se odigrala adsorpcija. PAC je uklonjen iz
vode procesima koagulacije, flokulacije i sedimentacije. Kada je PAC jednom izdvojen iz vode
on se rasprostire uzdu talonog mulja. Neki od netradicionalnih sistema kao to su povrinski
skupljai pri tretmanu mulja takoe koriste PAC (Hoehn, 1996).
Slika 2.27 daje prikaz poreenje prakastog i granularnog aktivnog uglja.
PAC PAC GAC GAC
Slika 2.27. Poreenje prakastog i granularnog aktivnog uglja
2.4.4.2. NEUTRALIZACIJA
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
67/108
- 67 -
Neutralizacija otpadnih voda se zasniva na uzajamnom dejstvu vode, i kiselih , ili baznih
komponenata dodatih vodi, tako da se dobija neutralna reakcija vode
(pH = 7).
Neutralizacija se ostvaruje:
dodavanjem reagensa vodi
filtriranjem vode kroz materijale za neutralizaciju.
Za neutralizaciju kiselih voda primenjuju se kre (gaeni i negaeni), krenjak, mermer, dolomit.
Bazne vode se uvek neutralizuju tehnikom sumpornom kiselinom.
Najjeftiniji reagens je kre, i obino se primenjuje u obliku krenog mleka, a moe se primeniti
kao gusta pasta ili praak. Prednosti suvog doziranja u odnosu na mokro (vlano) su:
jednostavnija priprema reagensa, krae vreme taloenja, manja masa taloga. Pri neutralizaciji
vode sa sadrajem sumporne kiseline krenim mlekom, masa aktivnog kalcijum oksida je
105% - 110% u odnosu na stehiometrijsku. Pri suvom doziranju reakcije izmeu vrste i tene
faze ne idu do kraja, i sporije su u odnosu na vlano doziranje. Zbog toga pri neutralizaciji
pastom ili prahom masa aktivnog kalcijum oksida je 140% - 150% u odnosu na
stehiometrijsku.
Pri neutralizaciji hlorovodonine i azotne kiseline, masa aktivnog kalcijum oksida je 95% od
stehiometrijske.
Neutralizatori mogu biti sa vertikalnim i horizontalnim kretanjem otpadne vode.
Pri neutralizaciji vode u vertikalnim ureajima, minimalna visina sloja materijala je odreena
izrazom:,,)lg3( mvbDKH n += (2.84)
gde su:
D prenik zrna materijala za neutralizaciju,mm,
b masena zapremniska koncentracija kiseline (masa kiseline je u gram ekvivalentima),g/l,
v - brzina filtracije,m/h,
K ,n empirijske konstante.
8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection
68/108
- 68 -
Veliina n je uglavnom konstanta i iznosi 1,47. Vrednost K zavisi od vrste materijala za
neutralizaciju. Brzina filtracije obino iznosi 4-8 m/h. Zavisi od koncentracije kiseline i visine
filtrirajueg sloja. Pri veoj visini i manjim koncentracijama usvaja se vea brzina.
Duina horizontalnih ureaja za neutralizaciju odreuje se na osnovu izraza:
,,mvl = (2.85)gde su:
v brzina vode kroz filtar,m/s,
- vreme kontakta vode i materijala za neutralizaciju,s.
Brzina strujanja vode je obino 0,01 0,03 m/s. Povrina poprenog preseka ureaja je:
,2,mv
qA
&= (2.86)
gde su:
q& - zapreminski protok otpadne vode,m/s,
v brzina flotacije,m/s.
Dnevna potronja reagensa je:
,,~1dan
kgcmQm = && (2.87)
gde su:
Q& - dnevni protok otpadne vode, m3/dan,
m koeficijent stehiometrijska masa reagensa za neutralizaciju,g/g,
c~ - zapreminska masena koncentracija kiseline ilibaze,g/l.
Postrojenje za neutralizaciju ine: talonice, rezervoari kiselih i baznih voda, skladitenegaenog krea, sud za gaenje krea, rezervoar rastvaraa, dozatori, meai, reaktor za
neutralizaciju, talonik neutralizovanih voda, deponija mulja.
Maseni udeo aktivnogkalcijuma u rast