Sneana Maleti, Svetlana Ugarina Perovi, Boo DalmacijaSneana Maleti, Svetlana Ugarina Perovi, Boo DalmacijaPrirodno-Matematiki fakultet Novi Sad

organskog azota, amonijaka, nitrita i nitrata

Azotne materijese u vodi nalaze

blik

U klasinoj "higijensko-hemijskoj analizi pijae vode", NO3-, NO2- i

nitrita i nitrata. u obliku:

U klasinoj higijensko hemijskoj analizi pijae vode , NO3 , NO2 iNH4+ slue kao hemijski indikatori zagaenja, koji mogu da ukazujuna prisustvo fekalnog zagaenja.

Azotne materije u vodu dospevaju iz nekoliko izvora ukljuujui: atmosferu, leguminozne biljke, biljni otpad,

i ti j ki k k t ivotinjski ekskrement, kanalizaciju, azotna ubriva i industrijske otpadne vodeindustrijske otpadne vode.

Prisustvo amonijaka moe biti izvor nekoliko problema vezanih za Prisustvo amonijaka moe biti izvor nekoliko problema vezanih zakvalitet vode za pie:

ponovni rast bakterija,ponovni rast bakterija,

stvaranje nitrita nepotpunom oksidacijom amonijaka i

pojava nepoeljnog ukusa i mirisa pojava nepoeljnog ukusa i mirisa.

Za uklanjanje amonijaka prisutnog u vodi za pie mogu se primenjivati:primenjivati:

fiziko-hemijski i

bi l ki i bioloki procesi.

U fiziko-hemijske procese uklanjanja amonijaka spadaju:

izmena jona (prirodni zeolit) i

hemijska oksidacija.

Najee se primenjuje metoda hlorisanja preko prevojne take

Meutim, pri ovim uslovima esto nastaju nepoeljni dezinfekcioni nusproizvodi, kao to su trihalometani.

Primenjuje samo za vode sa niskim sadrajem prekusora

vode sa niskim sadrajem organske materije i

na kraju tretmana, za preiene vode.

Primenjuje se naroito kao nadoknada nedostatka biolokog tretmana za uklanjanje amonijak.j j j

Nitrifikacija predstavlja mikrobni proces pri kojem se redukovanaazotova jedinjenja uzastopno oksiduju do nitrita i nitrata.

Proces nitrifikacije se primarno odvija uz pomo dve grupe Proces nitrifikacije se primarno odvija uz pomo dve grupeautotrofnih nitrifikacionih bakterija.

U prvoj fazi nitrifikacije, amonijak-oksidujue bakterije oksiduju amonijak do nitrita kao to je prikazano u jednaini:amonijak do nitrita, kao to je prikazano u jednaini:

NH3 + O2 NO2- + 3H+ + 2e-

d f k d b k k d d U drugoj fazi procesa, nitrit-oksidujue bakterije oksiduju nitrite do nitrata po sledeoj jednaini:

NO2- + H2O NO3- + 2H+ +2e-NO2 + H2O NO3 + 2H +2e

Uklanjanje amonijaka pre hlorisanja smanjuje pojavu neeljenih hlornih nus-proizvoda, u znaajnoj meri e smanjiti kratkoronu potrebu hlorom.

Za efikasan rad filtera sa imobilisanom mikroflorom za uklanjanjeij k h d j d i j i l d i l iamonijaka neophodno je da su ispunjeni sledei uslovi:

Dovoljan sadraj kiseonika; Dodatak fosfora u cilju podravanja bakterijskog rasta;j p j j g ; Dovoljan sadraj ugljenih hidrata; Odgovarajua pH vrednost (> 7,5); Dovoljno visoka temperatura: ispod 8-10C bakterijski metabolizam

naglo opada i oksidacija amonijaka se znaajno usporava ili dolazido potpune inhibicije ispod 4-5C;P d d i f k i ih id l Potpuno odsustvo dezinfekcionih reziduala;

Pored toga, potrebno je omoguiti 1-3 meseca prirodnog periodainokulacije filtera kako bi proces bio to efikasniji.

Bioloki filteri sa granulovanim aktivnim ugljemFilteri sa

imobilisanom Filteri sa pozolanom Filteri sa biolitom Filteri sa flotantnim filtracionim medijumom

imobilisanommikroflorom za

uklanjanjeamonijaka

Bioloki filteri sa granulovanim aktivnim ugljemBioloki filteri sa granulovanim aktivnim ugljem

Ustanovljeno je da se filtracijom na bioloki granulovanom aktivnom uglju efikasno uklanja biorazgradivi rastvoreni organski ugljenik priuglju efikasno uklanja biorazgradivi rastvoreni organski ugljenik pri emu takoe ovaj proces se primenjuje za simultano uklanjanje amonijaka biolokom oksidacijom.

Filteri sa pozolanom

Filteri sa pozolanom su se prvi poeli koristiti za uklanjanje Filteri sa pozolanom su se prvi poeli koristiti za uklanjanje amonijaka, ali sa ozbiljnim ogranienjima:

Pozolan (> 1 cm) se ne moe ispirati, ak i sa vazduhom i vodom; prema tome, filteri se moraju iskljuivati u odreenim vremenskim periodima nakon ega se potapaju u hlorisanu vodu;periodima, nakon ega se potapaju u hlorisanu vodu;

Svake 2-3 godine, ovaj materijal se mora ukloniti iz filtera i zameniti.

Filteri sa biolitom

Kada je 1 < NH4+ < 2 mg/l, ukljuuje se primena filtera za nitrifikaciju sa ispunom od biolita, kiseonik se uvodi u prethodnoj aeracionoj fazi.aeracionoj fazi.

Kada je sadraj amonijum jona toliki da nema dovoljno rastvorenog kiseonika u vodi, onda je neophodna primena reaktora sa aeracijom; kao to je Nitrazur N.j j

Filteri sa flotantnim filtracionim medijumom.

Filtrazur je privlana alternativa za prethodno navedene reaktore za nitrifikaciju.

Upotreba materijala koji je laki od vode takoe omoguava da se filtracija odvija sa dna nagore i ako je potrebno protok vazduhafiltracija odvija sa dna nagore i ako je potrebno protok vazduha nagore.

Filtrazur bez aeracije se koristi pri sadraju NH4+ od 1-1,5 mg/l, dok aeraciona verzija za vie koncentracije

Redosled tretmana je prikazan dijagramom stabilnosti na slici

Smatra se da gvoe moe Smatra se da gvoe moe biti uklonjeno bioloki putem bez nitrifikacije, ali ne i mangan.ne i mangan.

Zavisno od pojedinanih sadraja amonijaka, gvoa i mangana iostalih karakteristika vode, mogua je primena nekoliko kombinacijaprocesa, na primer: Nizak sadraj amonijaka, gvoa i mangana:

fiziko-hemijsko uklanjanje gvoa, nitrifikacija i bioloko uklanjanje mangana na istom filteru;

Prosean ili visok sadraj gvoa i nizak sadraj mangana, NH4+ < j g j g 41,5 mg/l: bioloko uklanjanje gvoa praeno intenzivnom aeracijom i filtracija kroz peani ili filter za nitrifikaciju zavisno od tanog sadraja NH4+

i temperature vode;

Prosean ili visok sadraj gvoa i mangana, NH4+ > 1,5 mg/l: sistem, koji ukljuuje sledee tri faze: bioloko uklanjanje gvoa; nitrifikacija uz pomo Nitrazur N; zavrna filtracija gde se nitrifikacija i uklanjanje mangana zavrava

istovremeno putem biolokog procesaistovremeno putem biolokog procesa.

Povean nivo nitrata posledica je poveanja primene azotnih ubriva, poveanje irigacije zemljita sa komunalnom otpadnom vodom i promena svrhe upotrebe zemljita.

Azotna jedinjenja se u zemljitu transformiu mikrobiolokim reakcijama, formiraju se nitrati, veoma mobilni joni koji veoma brzo prolaze kroz zemljite i dolaze do akvifera. P bl k i ij i i Problem kontaminacije nitratima: methemoglobinemija, sindrom plave-bebe, formiranje n-nitrozo jedinjenja potencijalnih kancerogena u

digestivnom traktudigestivnom traktu Metode za uklanjanje nitrata

hemijske (hemijska redukcija), f fizike (reverzna osmoza i elektrodijaliza),

fiziko-hemijske (jonska izmena), bioloke, membranski bioreaktori .

Redukcija se moe odvijati pri baznim pH vrednostima Primenom gva prema reakciji:

NO3- + 8Fe(OH)2 + 6H2O NH3 + 8Fe(OH)3 + OH-

Ili primenom Al praha

3NO 2Al 3H O 3NO 2Al(OH)3NO3- + 2Al + 3H2O 3NO2- + 2Al(OH)3NO2- + 2Al + 5H2O NH3 + 2Al(OH)3 + OH-

2NO2- + 2Al + 4H2O N2 + 2Al(OH)3 + 2OH-

60-90%

2 2 2 ( )3

Ovaj proces se efikasno moe koristiti u postrojenjima za tretman vode za pie primenom krea za omekavanje vode.

Na ovaj nain se pH podie na oko 9,1, tako de su minimalni dodatni trokovi potrebni za podizanje pH do 10,25.

Reversna osmoza. Joni prisutni u vodi uklanjaju se proputanjem vode kroz semipermeabilnu

membranu koja ne proputa nitrate i druge jone. j p p g j

esti problemi vezani za primenu reversne osmoze su fouling, kompaktiranje idegradacija membrane sa vremenom.

Ovi problemi su posledica: depozicije rastvornih materija, organskih materija,Ovi problemi su posledica: depozicije rastvornih materija, organskih materija, suspendovanih i koloidnih estica i drugih kontaminanata, pH varijacija iekspozicije hloru.

Elektrodijaliza.j U procesima elektrodijalize joni se transferuju kroz membranu iz manje

koncentrovanog do koncentrovanijeg rastvora kao posledica direktne primene struje kroz rastvor.

Tretman vode elektrodijalizom zasniva se na selektivnom uklanjanju jona kroz semipermeabilnu membranu.

Efikasnost uklanjanja nitrata reverznom osmozom i elektrodijalizom je as ost u a ja ja t ata e e o os o o e e t od ja o jemanje vie isti.

Procesi elektrodijalize su ogranieni na primenu u mekim vodama.

Nitratni joni zamnejuju se na anjon-izmenjivakoj smoli sa j j j j j jhloridnim ili bikarbonatinim jonima.

Selektivnost jonoizmenjivakih smola raste prema sledeem redosledu: bikarbonati hloridi nitrati sulfati.

Selektivnost prema nitratima moe se poboljati poveavanjem hidrofobnosti matriksa i funkcionalnih grupa, rastojanja izmeu mesta za razmenu jona.

Selektivnost ovakve smole raste prema sledeem redosledu:

bik b ti hl idi lf ti it tibikarbonati hloridi sulfati nitrati

Bioloka denitrifikacija - konverzija nitrata do bezopasnog gasaazota i azot-oksidaazota i azot-oksida.

Aalternativni proces tretmana za preiavanje vode zbog visoke specifinosti denitrifikujuih bakterija, male cene i visoke efikasnosti denitrifikacije.

Najee se koriste reaktori sa Najee se koriste reaktori sa pakovanom-ispunom i fluidizovanom ispunom.

d l k k d f k b k U zavisnosti od vrste izvora ugljenika koji denitrifikacione bakterije koriste u svom metabolikom ciklusu, bioloka denitrifikacija moe biti:

f i autotrofna i heterotrofna.

Zasnovana je na korienju neorganskog izvora ugljenika (CO2), isumpora ili vodonika kao elektron donora potrebnih zametaboliki lanac bakterija.

NO3- NO2- NO N2O(g) N2(g)3NO3- + 3H+ + 15[H] 1,5N2 + 9H2O3 2 2S + NO3- + 2H2O 3N2 + 5SO42- + 4H+

Prednosti: Niska cena neorganskih supstrata i Mala koliina formirane biomase.

Nedostaci: Nedostaci: Redukovana sumporna jedinjenja se konvertuju u sulfat, Visoke koncentracije sulfata mogu delovati kao laksativ, Maksimalno dozvoljena koliina sulfata od 400 mg/l Maksimalno dozvoljena koliina sulfata od 400 mg/l.

Vodonikov gas je idealan energetski supstrat za denitrifikaciju.

Potpuno je bezopasan za pijau vodu,

Nisu potrebni ni dodatni tretmani za uklanjanje vika supstrata ili njegovih derivata.

Meutim vodonik gradi zapaljivu i eksplozivnu smeu sa Meutim, vodonik gradi zapaljivu i eksplozivnu smeu sa kiseonikom, dodatno njegova rastvorljivost u vodi je niska (1,6 mg/l na 20oC).

Proces za tretman vode autotrofnom denitrifikacijom poznat pod Proces za tretman vode autotrofnom denitrifikacijom poznat pod nazivom DENITROPUR - Primenjuje se u Nemakoj.

Proces kombinuje inkorporaciju saturacije vodonikom, dodatak j p j j ,fosfata i ugljen-dioksida, etiri reaktora sa pakovanom ispunom u serijama, postaeraciju, dodatak flokulanta, filtraciju i UV filtraciju; reaktor radi pri optereenju od 0,25 kg N/m3d i vreme zadravanja od 1 do 2 h je potrebno za uklanjanje 11 29 mg N/lod 1 do 2 h je potrebno za uklanjanje 11,29 mg N/l.

Heterotrofne bakterije koriste organske supstance kao to su metanol i etanol kao izvor ugljenika, a nitrat kao izvor terminalnog elektron akceptoraelektron akceptora,

5CH3OH + 6NO3- 3N2 + 7H2O + 5CO2 + 6OH-

Izbor organskog jedinenja utie na koliinu nastale biomase, Izbor orgasnkih jedinjenja je uglavnom baziran na njihovoj

ekonominosti (metanol je najjeftiniji primer izvora ugljenika). Glavne karakteristike ovih procesa su: konverzija nitrata u gasoviti azot, viak biomase nakon obrade moe se meati sa muljem nastalim obradom

k l t dkomunalnog otpada, mali uticaj na kalcijum-karbonatni bilans vode, temperaturno senzitivan proces (ispod 7-8oC), ovaj proces je osetljiv na prisustvo rastvorenog kiseonika u sirovoj vodi, inicijacija procesa traje oko mesec dana.

Heterotrofni procesi denitrifikacije se primenjuju u tretmanu vode zapie ve 20 godinapie ve 20 godina.

Fabrika za preradu vode u Belgija je koristila metanol u reaktoru safluidizovanom ispunom.

U Nemakoj DENIPOR proces koji su se sastoji od reaktora sa U Nemakoj, DENIPOR proces koji su se sastoji od reaktora safiksnom ispunom sa granularnim ekspandovanim polistirenom.

U Austriji Nitrodox in situ tretman u ljunkovitom akviferu.U F k j Ni i Bi d i i U Francuskoj, Nitrazur i Biodenit procesi. Nitrazur procesi su procesi sa tokom na gore u kojima se

moe koristiti siretna kiselina, Biodenit procesi, procesi sa tokom na dole koji rade podBiodenit procesi, procesi sa tokom na dole koji rade pod

pritiskom. Oba ova tretmana podrazumevaju post-tretman sa filterima od aktivnog uglja.

2-Nitrazur bioloki reaktor

Direktan kontakt izmeu biomase i vode kod bioloke denitrifikacije predstavlja potencijalni izvor kontaminacijedenitrifikacije predstavlja potencijalni izvor kontaminacije vode za pie.

Predloen je inovativni bioloki sistem - kombinacijabi l kih b k h l ij blikbiolokih procesa sa membranskom tehnologijom u obliku membranskog bioreaktora (MBR).

Ovakvi reaktori omoguavaju kompletno zadravanje biomase g j p juz pomo membrane.

Odvajanje biomase od vode odvija se u toku denitrifikacionog procesaprocesa.

Umesto odvajanja nakon biolokog procesa, na ovaj nain je kontakt biomase i vode u potpunosti izbegnut i rizik od k t i ij j jkontaminacije znaajno smanjen.

Ekstraktivni MBR, Ekstraktivni MBR,

MBR sa jonskom izmenom,

MBR sa transferom gasa,

MBR pod pritiskom MBR pod pritiskom,

MBR elektrodni biofilm reaktor,

MBR pod pritiskom sa transferom gasa.

Nitrati se ekstrahuju iz sirove vode molekulskom difuzijom preko fizike barijere u rastvor koji sadri denitrifikujuu biomasufizike barijere u rastvor koji sadri denitrifikujuu biomasu.

Ispitivani su razliiti materijali za efikasno odvajanje vode od biofilma.

Membrane u ovom reaktoru mogu biti ili u obliku ploa ili cevi Membrane u ovom reaktoru mogu biti ili u obliku ploa ili cevi.

Prednost - elektron donori i denitrifikujua biomasa odvojenidenitrifikujua biomasa odvojeni od produkovane vode.

Membrana omoguava transport elektron donora biofilmelektron donora, biofilm obezbeuje njegovo zadravanje.

Membranski bioreaktor sa jonsokm izmenom je identian k k i b kekstraktivnom membranskom procesu.

Osim to je mikroporozna membranska tehnologija zamenjena sa gustom jono-izmenjivakom membranom.

Prednost ove tehnologije je u tome to neporozna membrana: olakava selektivniju ekstrakciju nitrata iz sirove vode i spreava transport organskih i neorganskih kontaminanata prisutnih u

biomedijumu.

Proces se zasniva na: koncentracionom gradijentu i gradijentu naboja jonskih vrsta

koji predstavljaju vunu silu ovog procesa.

Da bi se izbegla potencijalna sekundarna kontaminacija vezana za primenu organskog supstrata vodonik moe biti korien kaoprimenu organskog supstrata, vodonik moe biti korien kao elektron donor kombinovan ili sa ugljen-dioksidom ili bikarbonatom kao izvorom ugljenika za autotrofnu denitrifikaicju.

Membranski reaktori sa transferom gasa obino koriste gas bil lj l k d j d ik dpermeabilna uplja vlakna, za dovoenje vodonikovog gasa do

lumena denitrifikujuih bakterija koje rastu na spoljnoj strani membrane.

uplja vlakna za transfer gasa prevazilaze problem male rastvorljivosti smale rastvorljivosti s obzirom da se gas doprema direktno do biofilma.

Proces se uglavnom oslanja na suspendovanu denitrifikujuu biomasu, a retko kada na razvoj biofilma u sistemu.

Prednost mu je produeni kontakt izmeu denitrifikujue kulture i nitrata u medijumu reaktorau medijumu reaktora.

Postoje dva modula ovih bioreaktora: (a) klasini spoljni modul i (b) potapajui

Kod spoljnog modula membrana je smetena sa spoljne strane bioreaktora, i na taj nain fiziki odbija biomasu i druge nusprodukte.

Potapajue membrane -nii trokovi u pogledu elektrine energije i poboljanog transfera mase p j gmanifestovanog kroz veu permeabilnost.

Umesto inkorporiranja gas permeabilnih membrana i da bi se prevazili problemi rastvaranja vodonikovog gasa. p p j g g

Vodonikov gas produkuje se elektrolitiki in situ za obezbeivanje rasta biofilma na katodi.

U cilju poveanja povrina za rast biofilma: granulisani aktivni ugalj gusto je pakovan na povrini katode i

primenjena je potapajua membranska tehnologija u posebnom reaktoru.

Najnovija istraivanja su fokusirana na inkorporaciji transfera gasa i potapajuih membrana pod pritiskom u istom reaktoru.

Istraivanja su uglavnom bila fokusirana na tretman sa suspendovanom biomasom

Isprobana su optereenja nitratima u opsegu 0,024 0,192 kg NO3--N/l, ali je najvee optereenje rezultovalo 100% uklanjanjem nitrata.

Meutim, prosena koncentracija rastvorenog organskog ugljenika u efluentu je bila oko 8 mg/l.

Identifikovano nekoliko moguih izvora poviene koncentracije DOC - nastajanje i oslobaanje: rastvornih mikrobijalnih produkata, volatilnih masnih kiselina, produkata acetogenih bakterija u biomasi i

k t lij kih li ih t i ekstraelijskih polimernih supstanci.

Konfiguracija Prednosti Nedostaci

Ekstraktivna Odvojenost biomase i ugljenika od

produkovane vode Zadravanje biomase

Zahteva dalju obradu tretirane vode Proboj ugljenika Trokovi pumpanja

MBR sa jonskom Gusta membrana znaajno redukuje rizik od proboja ugljenika

Zahteva dalju obradu tretirane vode Potencijalno kompleksan rad Nepoznat uticaj foulinga

izmenomproboja ugljenika

Zadravanje biomase Nepoznat uticaj foulinga Visoki trokovi za membrane Trokovi pumpanja

MBR sa transferom gasa

Netoksini i jeftini elektron donor Dobro uklanjanje nitrata

li d j bi

Zahteva dalju obradu tretirane vode Potencijal prema foulingu koji ograniava transfer mase Zdravstveni i bezbednosni rizik vezan za rastvaranje

d ikgasa Mali sadraj biomase vodonikovog gasa Autotrofi, spora adaptacija

MBR pod pritiskom

Zadravanje biomase Direktna filtracija smanjuje potrebu za

naknadnim tretmanom tretirane vode Dokazana na industrijskoj skali (ukljuujui i

Potencijal za proboj ugljenika Ogranieno poznavanje foulinga Trokovi pumpanja p p j j ( j j

kontrolu organskih materija) Niska cena Jednostavan za rad

p p j Trokovi aeracije Zahteva dalju obradu tretirane vode

MBR biofilm Netoksini i jeftini elektron donor Potencijal za tanom kontrolom doze elektron

d

Visoki utroci elektrine energije Zdravstveni i bezbednosni rizik vezan za rastvaranje

vodonikovog gasaelektrodni reaktor

donora Direktna filtracija smanjuje potrebu za

naknadnim tretmanom tretirane vode

vodonikovog gasa Mogu se uklanjati nitrati samo u niskim koncentracijama Kompleksna kontrola Efikasnost zavisi od koncentracije rastvorenog kiseonika

MBR pod pritiskom Kombinuje prednosti reaktora pod pritiskom i Manuelno uklanjanje biofilma da bi se odrala

suspendovana biomasa je intenzivno Zdravstveni i bezbednosni rizik vezan za rastvaranje

sa transferom gasa reaktora sa transferom gasa Zdravstveni i bezbednosni rizik vezan za rastvaranje

vodonikovog gasa Trokovi aeracije

HVALA NA HVALA NA PANJIPANJI