Zagaenje voda, naini preiavanja i zatite voda

Voda je osnovni uslov odravanja ivota. Tri etvrtine povrine Zemlje pokrivene su vodom, a ukupna procjena koliine vode na Zemlji iznosi 1,36.1018 m3.U okeanima je sadrano 97,2% vode, 2% vode je u obliku leda na Arktiku i Antarktiku, dok 0,8% predstavljaju povrinske i podzemne vode (povrinske vode - 0,19%; podzemne vode- 0,61%). U povrinske vode ubrajaju se mora, okeani, slatkovodna jezera, rijeke i vlaga u tlu i atmosferi.

Priblino 70% svjetskog stanovnitva nema sigurnu opskrbu vodom. Od ukupno raspoloive pitke vode na svijetu u SAD se troi 33%, a u Africi samo 12%.

Kada se zna da maseni udjel vode u ljudskom tijelu iznosi 70%, a gubitak 20% vode iz organizma dovodi do smrti, vanost vode postaje jo jasnija.Gotovo sve potrebe stanovnika Zemlje za vodom pokrivaju se iz rijenih voda, koje ine samo desethiljaditi dio hidrosfere.Vie od dvije treine stanovnika Zemlje troi manje od 50 litara vode dnevno, a 4% stanovnika za isto vrijeme troi 300 do 400 litara.

Prosjeno se 70% ukupne potronje vode odnosi na poljoprivredu i stoarstvo, 22% na utroak u industriji, a 8% na domainstva. Neke razvijene zemlje u industriji troe i 70% vode.

Oneienje vodaOneienje voda je svako kvalitativno i kvantitativno odstupanje od normalnog I prirodnog hemijskog, fizikog i biolokog sastava i kvaliteta koje ima neeljene posljedice po zdravlje ivih organizama, ekosistem i privredu.Vode mogu biti oneiene sanitarnim otpadnim vodama, tehnolokim otpadnim vodama i oborinskim otpadnim vodama. Poseban problem predstavlja nekontrolisano odlaganje otpada i promet.

Pokazatelji oneienja vodaPokazatelji oneienja voda svrstani su u tri grupe:1. Fizikalni pokazatelji: promjena boje, mirisa, okusa, mutnoe, temperature, radioaktivnosti, sadraja krutih estica i dr.2. Hemijski pokazatelji: promjena pH, osmotske vrijednosti, mineralnog sastava, koliine otopljenog kisika, sadraja organskih tvari, anorganskih pokazatelja i dr.3. Bioloki pokazatelji: prisustvo patogenih bakterija, virusa, gljivica, liinka, parazita, ivotinjskih bjelanevina, ugljikohidrata i dr.

Sva oneienja mogu se svrstati u skupine:1. Povrinska oneienja: krupni otpaci (papir, krpe, plastika...), ulja i masti.2. Krutine organskog porijekla:- nalaze se u otpadnim vodama u otopljenom, koloidnom i suspendiranom stanju,- dolazi do promjene boje i mirisa.3. Temperatura- toplija voda sadri manju koliinu otopljenog kisika, ubrzava metabolizam ivih organizama te se kisik bre troi, to uzrokuje jo vei manjak kisika.

4. Hranjive soli- sadraj duika, nitrata, nitrita, fosfora.

5. Postojane tvari: organske ili sintetske bioloki nerazgradljive ili teko razgradljive tvari:- dok se razgrauju nepovoljno djeluju na ive organizme, a mogu se i gomilati u njima,- nafta i derivati, pesticidi, nerazgradljivi deterdenti, plastine tvari, povrinski aktivne tvari.

6. Otrovna oneienja: svaka tvar koja svojim svojstvima ili koliinom uzrokuje smrt, bolest, nenormalno ponaanje, kancerogene i genetike promjene, fizioloke smetnje, fizike deformacije:a) metali- u elementnom obliku manje su opasni od topljivih metalnih spojeva,- neki organometalni spojevi su najotrovnije tvari: metiliva, tetraetilolovo,- redoslijed metala u vodi prema opasnosti: Hg>Cd>Ag>Ni>Pb>As>Sn>Zn;b) cijanidi, hromati i fluoridi

7. Mikroorganizmia) saprofagni (razlagai)- bioloki razgrauju organsku tvar do anorganske, troe otopljeni kisik, stvaraju manjak kisika i anaerobno stanje,b) fekalni8. Radioaktivne tvari prirodnog i umjetnog porijekla- uzrokuju genetike promjene, sterilnost, kancerogene bolesti i smrt- radionuklidi ulaze u biohemijske procese, koncentriraju se od niih ka viim organizmima prehrambenog lanca,- vrlo opasni za ljude.

Otpadne vodeU otpadne vode svrstavaju se:- sanitarne otpadne vode,- tehnoloke otpadne vode,- oborinske otpadne vode.Sanitarne otpadne vode nastaju upotrebom sanitarnih potroaa vode u domainstvu, hotelima, uredima, kinima i sl., ali i u objektima industrijskih i drugih proizvodnih pogona koji imaju sanitarne vorove.

Tehnoloke otpadne vode nastaju upotrebom vode u procesu rada i proizvodnje u industrijskim i drugim proizvodnim pogonima, a meu ove vode ulaze i rashladne vode oneiene temperaturom.Oborinske otpadne vode nastaju od oborina koje se oneiuju u doticaju s niim slojevima atmosfere, povrinama tla, raslinjem i sl.Sve te navedene osnovne grupe ine uobiajeni sastav komunalnih otpadnih voda, a njima se pridruuju otpadne vode od pranja javnih prometnih povrina te procjedne vode, koje prodiru u kanalizacijski sistem uslijed loe izvedenih spojeva, pukotina i primjene vodopropustljivih cijevi.

Sve vode koje su u irem smislu sluile za vodoopskrbu stanovnitva, odnosno za zadovoljavanje ivotnih funkcija, sanitarnih potreba i za gradsku komunalnu potronju zovu se kuanske otpadne vode.Kuanske otpadne vode optereene su organskom tvari, ija razgradnja poinje ulaskom u vodu.Bioloki razgradivu tvar u otpadnoj vodi koriste mikroorganizmi kao hranu, pri emu se troi kisik. Pokazatelj koliine razgradive organske tvari u vodi je biohemijska potreba kisika (BPK). Za praktine potrebe uveden je pokazatelj petodnevna bioloka potreba kisika (BPK5), koja se odvija pri temperaturi od 20oC, a izraava se u mg/l O2.

U sastavu otpadne vode nalaze se i tvari koje ometaju biohemijske postupke razgradnje organske tvari, pa se koliina organskih tvari tanije izraava pokazateljem hemijske potronje kisika (HPK), takoer se izraava u mg/lO2.Prema stepenu biorazgradnje razlikuju se tri stanja otpadne vode:- svjea voda, otpadna voda u kojoj biorazgradnja jo nije napredovala. Koncentracija otopljenog kisika nije bitno manja od koncentracije u vodovodnoj vodi;- odstajala voda, ona u kojoj je sadraj kisika jednak nuli. Kisik je potroen zbog bioloke razgradnje;- trula voda (septika), ona u kojoj je biorazgradnja napredovala i tee anaerobno (bez prisutnosti kisika).

Tehnoloki procesi industrija meusobno su vrlo razliiti, pa se i otpadne vode iz pojedinih industrija razlikuju po svom sastavu. Te se otpadne vode mogu podijeliti u dvije grupe:- bioloki razgradive ili kompatibilne; one koje se mogu mijeati s gradskim otpadnim vodama, odnosno odvoditi zajednikom kanalizacijom (npr. iz nekih prehrambenih industrija);- bioloki nerazgradive ili inkompatibilne; one koje se moraju podvri odreenom prethodnom postupku proiavanja, prije mijeanja s gradskom otpadnom vodom (npr. iz hemijske industrije, metalne industrije i sl.).

Pojedine industrije koriste znatne koliine vode kao rashladne vode, pri emu dolazi do povienja temperature vode, te se znatan dio vode ispari, a posljedica je poveanje koncentracija soli u otpadnoj vodi i temperaturno zagaenje vode.Pojedine industrijske otpadne vode mogu sadravati sastojke koji su otrovni ili teko razgradivi. To su teki metali, kiseline, luine, nafta i naftni derivati, masti i mineralna ulja, radioaktivni izotopi, sintetski hemijski spojevi, dakle sastoji koje ne sadravaju prirodne vode.

Takve vode potrebno je prethodno proistiti prije isputanja zbog:- kontrole otrovnih (toksinih) i postojanih (perzistentnih) tvari koje se gomilaju u ivom organizmu i spreavaju bioloku razgradnju,- izdvajanja iz otpadnih voda eksplozivnih, korozivnih i zapaljivih tvari koje oteuju kanalizacijske cijevi i objekte,uklanjanja inhibitora koji onemoguavaju rad ureaja za proiavanje komunalnih otpadnih voda.

Razlike izmeu industrijskih i kuanskih otpadnih voda:- Vee koliine duika upuuju na znatan utjecaj industrije.- Gradske vode imaju pH u granicama 7-7,5, to znai da su neutralne; pH vei ili manji od toga upuuje na uticaj industrijske otpadne vode.- Pojava tekih metala karakteristika je odreenih industrijskih otpadnih voda.- Odnos hranjivih soli, prvenstveno duika i fosfora, u gradskoj vodi iznosi 15-20% od BPK, a u industrijskim vodama est je nedostatak duika i fosfora.- Visok salinitet i njegove nagle promjene takoer su karakteristika industrijskih otpadnih voda.- U industrijskim vodama dolazi i do znatnije promjene temperature.

Proiavanje otpadnih vodaIzbor postupaka proiavanja kojima e se podvrgnuti otpadna voda prije nego se ispusti u prirodnu sredinu ovisi prvenstveno o koliini i sastavu otpadne vode (vrsti otpadne vode), kao i o zahtijevanom kvalitetu vode na mjestu isputanja.Postupci kojima se podvrgava otpadna voda su fizikalni, kemijski i bioloki, a dijele se najee na:- mehaniko ili primarno proiavanje,- bioloko ili sekundarno proiavanje, -fizikalno-hemijski i hemijski postupci ili tercijarno proiavanje.

Fizikalno-hemijski i hemijski postupci zovu se jo i napredne tehnologije, a najee su dopuna drugim postupcima, npr. kao prethodni postupak u proiavanju industrijskih otpadnih voda.Potekoe pri proiavanju otpadnih voda ini stvaranje velikih koliina mulja, koji ima znatan volumen, izvrgnut je truljenju i mora se posebnim postupcima obraditi i na odreeni nain odloiti u okoliu.

Mehaniki postupci proiavanjaIzdvajanje na reetkama (reetanje)- na reetkama se uklanjaju krupne tvari (lie, krpe, plastika, komadii drveta) koje bi mogle smetati pumpama i sl.;- postoje grube, srednje i fine reetke (ovisno o razmaku izmeu ipki);- na finim reetkama (razmak ipki: 3-10 mm) zaustavlja se i dio suspendirane tvari organskog i anorganskog porijekla, smanjuje se BPK5 3-10%, HPK 5-10%, sadraj suspendirane tvari 2-20%, sadraj bakterija do 20%;- reetke se iste runo (mala postrojenja, grube reetke) ili mehaniki.

Usitnjavanje (dezintegracija) otpadne tvari- zamjenjuje reetanje;- usitnjene i isjeene otpadne tvari odvode se na daljnje ienje;- postoje usitnjivai sa slobodnim prolazom vode i usitnjivai u obliku pumpi.Izjednaivanje (egalizacija)- zadravanje otpadne vode u rezervoaru da bi se izjednaila temeljna svojstva vode (pH, boja, mute, BPK, HPK, ...);- primjenjuje se za industrijske otpadne vode;-u rezervoar se uvode mehanike mijealice i primjenjuje se aeracija (ozraivanje) ime se omoguava mijeanje, spreava taloenja te pomae hemijska i bioloka oksidacija otpadne tvari.

Fizikalno-hemijski postupci proiavanjaTaloenje (sedimentacija)- postupak uklanjanja krutina iz tekuine gravitacijom;- krutine mogu biti: zrnate estice (taloe se pojedinano konstantnom brzinom), pahuljiaste estice ili flokule (brzina taloenja ovisi o veliini estice); - dulji i dublji talonici su povoljniji;- postupkom taloenja zrnatih estica izdvaja se pijesak iz otpadne vode;- taloenje se primjenjuje za smanjenje anorganske i dijela organske suspendirane tvari;

- taloenje u prethodnim (primarnim) talonicima jedan je od prvih postupaka ienja sirove otpadne vode (komunalne);- time se smanjuje BPK5 do 40%, sadraj ukupnih suspenzija do 70%, sadraj bakterija do 75% i HPK do 35%;- prethodni talonici imaju pravougli ili okrugli tlocrt i opremljeni su zgrtaima mulja sa dna i skupljaem plivajuih tvari s vodne povrine;- naknadni talonici najee imaju kruni tlocrt i slue za bistrenje vode oiene biolokim ili fizikalno-hemijskim postupkom.

Isplivavanje (flotacija)- nastaje zbog razlike u gustoi estica krutine ili kapljica tekuine i vode u kojoj su rasprene;- kretanje rasprenih estica u obrnutom je smjeru nego kod taloenja;- prirodno i simulirano isplivavanje kada je tekuina gua od estice odvija se pomoumjehuria plina i zraka koji se lijepe na estice, pa se postie da je tekuina prividno gua od estice vee gustoe;- postie se smanjenje sadraja plivajuih tvari do 98% (najee se radi o masnoama i lakim plivajuim tvarima);

- isplivavanje se ostvaruje pomou pritiska, vakuuma, hemijskim sredstvima, mehanikim postupcima i elektrolizom;- slui za prethodno ienje komunalnih otpadnih voda umjesto talonika i kao naknadno bistrenje vode;- slui i za ienje industrijskih otpadnih voda iz rafinerija, petrohemija, tvornica papira, ulja, automobila i sl.

Zgruavanje (koagulacija)- sitne estice krutine (koloida) zgruavaju se unoenjem u vodu hemijskih reagensa koji destabiliziraju koloide;- u veini otpadnih voda koloidi su negativno nabijani i menusobno se odbijaju, te ostaju raspreni u vodi;- kada se u vodu dodaju hemijska sredstva (koagulanti) koji imaju ione to mogu reagirati selektriki nabijanim koloidima, mogu se ponititi elektrostatike sile koloida; time se omoguuje zgruavanje estica i stvaranje veih pahuljica koje se izdvajaju iz tekuine taloenjem, isplivavanjem ili cijeenjem;

Pahuljienje (flokulacija)- postupak spajanja rasprenih estica u tekuini u vee pahuljice koje se dalje taloe zbog poveane gustoe;- primjenjuje se nakon zgruavanja, pa nekad imaju isto ime;- bolje pahuljienje postie se laganim mijeanjem u rezervoaru dodatkom sredstava za pahuljienje (flokulanata);- flokulanti su: aktivni silicij, bentonit, dijatomejska zemlja, neke gline, istaloeni kalcijev karbonat, aktivni ugljen u prahu i sintetski flokulanti.

Cijeenje (filtriranje)- proputanje mjeavine krutine i tekuine kroz poroznu cjediljku (filter);- dubinski filteri su od granuliranog materijala;- povrinski filteri su mikrosita, filteri pod pritiskom, platna u obliku traka, uloci od arenog poroznog materijala u obliku okvira, ploa i bubnjeva;- povrinski filteri slue za obradu mulja ili kao zavrni postupak proiavanja otpadnih voda;- dubinski filetri slue za ienje otpadnih voda, jer filteri imaju dvostruke i mjeovite (sitno i krupnozrnate) slojeve;

Centrifugiranje- postupak odvajanja krutina od tekuine i tekuina razliite gustoe djelovanjem centrifugalne sile;- slui za izdvajanje vode iz mulja;- prije centrifugiranja provodi se zgruavanje dodatkom polielektrolita.Adsorpcija- gomilanje tvari na granici faza;- neke tvari imaju sposobnost privlaenja na svoju povrinu ione ili molekule koje se nalazerasprene u plinu ili tekuini (vrsta tvar koja adsorbira je adsorbens; tvar koju adsorbensadsorbira je adsorptiv);- adsorpcijom se uklanjaju organski nerazgradljivi spojevi, mirisi i boje;- adsorbensi su: fina ilovaa, silicij, aktivna glina, aktivni ugljen u obliku praha ili zrnca;

Ionska izmjena- postupak zamjene iona izmenu krutine (ionskog izmjenjivaa) i tekuine (otopine elektrolita);- primjenu nalazi u ienje otpadnih voda koje sadre metale, fosfate, duik.Membranski postupci- metode ienja vode polupropusnim membranama koje proputaju vodu i neke otopljene tvari, ali su nepropusne za tvari koje treba ukloniti iz vode:inverzna osmoza (temelji se na osmozi)elektrodijalizaultrafiltracija

Neutralizacija- postupak za korekciju pH vrijednosti u otpadnim vodama;- za ispust u prirodni vodni sistem pH otpadne vode mora biti 6-9;- neutralizacija se postie mijeanjem kiselih otpadnih voda s bazinim otpadnim vodama ili dodatkom NaOH u kisele otpadne vode ili dodatkom H2SO4 u bazine otpadne vode;- slui za prethodno ienje industrijskih otpadnih voda.

Oksidacija- Svrha oksidacije je uklanjanje preostalih organskih tvari i smanjivanje broja bakterija i virusa. - Najee koritena oksidacijska sredstva su: ozon, kalijev permanganat (KMnO4), elementarni hlor, hipoklorit.Dezinfekcija (vode i mulja)- postupak kojim se smanjuje broj patogenih mikroorganizama (sterilizacija je uklanjanje svih mikroorganizama);- upotreba hemijskih sredstava, fizikalnih i mehanikih postupaka te zraenje;- hemijska sredstva za dezinfekciju su: hlor, spojevi hlora i ozon;

Bioloki postupci proiavanjaZa tu vrstu proiavanja vode primjenjuje se aktivnost mikroorganizama, najee bakterija. U dijelovima ureaja za bioloko proiavanje stvara se ekosistem sastavljen od vie vrsta, odnosno, grupa organizama u razliitoj fazi razvoja, ovisno o sadraju i koncentraciji hrane, te o koncentraciji i starosti mulja.Najee upotrijebljeni bioloki postupci proiavanja svrstani su u tri skupine:1. Ureaji s aktivnim muljemto su:- konvencionalni ureaj,- stepenovano ozraivanje,- stepenovano dodavanje otpadne vode,- visoko optereeni ureaj,

- ureaj u dvjema fazama,- Krausov ureaj,- oksidacijski jarak,- karusel ureaj,- ureaj s istim kisikom,- razliite kombinacije razliitih proizvoaa i veliki broj montanih ureaja.Osnovna im je karakteristika bioloki bazen s aktivnim muljem u lebdeoj fazi, te naknadni talonik za odvajanje mulja iz vode prije njezina isputanja u prirodnu sredinu.

2. Bioloki filteri ili prokapniciSastoje se od rezervoara i ispune (aktivni ugalj, sintetska ispuna).To su:- filteri s prirodnom ili s prisilnom ventilacijom,- rotacijski diskovi.Pri proiavanju otpadne vode na biolokim filterima nuno je predvidjeti prethodni talonik, koji slui zahvaanju dijela suspendiranih tvari to dolaze na filter, i naknadni talonik, kojim se odvaja mulj iz vode prije njezina isputanja u prirodnu sredinu.Radi bolje uinkovitosti biolokog proiavanja, ali i radi ekonominosti, esto se upotrebljava dvostepeno proiavanje, bilo upotrebom dvaju biolokih filtera ili kao kombinacija ureaja s aktivnim muljem i biolokog filtera.

3. esto za bioloko proiavanje slue i prirodni, ekonominiji procesi. Jedan od najstarijih je proiavanje otpadne vode u lagunama.Lagune su bazeni u zemlji ija je iskljuiva namjena proiavanje vode. U njima se usporedno s biolokim procesima odvijaju i fizikalni: taloenje i isplivavanje.

MuljMulj kao ostatak nakon obrade otpadnih, komunalnih ili industrijskih voda, koje su podvrgnute biolokim postupcima, sadri i vrijedne organske tvari (priblino 70%).Mulj koji ostaje u ureajima nakon proiavanja otpadne vode, potrebno je dodatno obraditi i konano zbrinuti tako da ne predstavlja opasnost po okoli.Razlikuju se:- Primarni mulj iz primarnog ili prethodnog talonika. On sadri anorganske tvari (pijesak, glinu, karbonate i okside metala), organske tvari, i to lako razgradive (bjelanevine, masti, ugljikohidrate) i teko razgradive (razliita vlakna, gumu i dr.). Takoer sadri i ive organizme (bakterije, viruse, parazite i dr.).

- Bioloki mulj iz biolokog reaktora. Sadri uglavnom ivu masu bakterija i njihove ostatke, a koliina ovisi o vrsti ureaja (tj. o postupku proiavanja vode), starosti mulja, unosu zraka i dr.- Tercijarni mulj, koji nastaje kada je u postupcima obradbe otpadne vode odvojena tercijarna faza. On sadri ostatke reakcija dodatnih hemikalija s otpadnom vodom i s njezinim sadrajem, adsorbense s adsorbiranim sastojcima iz otpadne vode, alge i dr.- Kombinacije muljeva razliita porijekla.

Postoji vie postupaka prerade mulja: Smanjivanje volumenaTo se postie:- zgunjavanjem, koje se moe obaviti prije, ali i nakon obrade i to statikim ili mehanikim postupcima;- ocjeivanjem vode, to se postie prirodnim postupcima, najee na poljima za suenje mulja ili umjetnim postupcima, menustatiki-vakuumfiltri, filterske pree, trakaste pree, i dinamiki- centrifugama;- suenjem (nakon ocjeivanja) pomou vrueg zraka.

Stabilizacija- postupak kojim se spreava mogunost daljnjeg truljenja muljaPostupci stabilizacije mulja mogu biti:- hemijski: najee se dodaju vapno (postupak nije trajan), hlor, ozon, i drugi oksidansi;- bioloki: anaerobna ili aerobna stabilizacija (digestija), kompostiranje sirova ili trula mulja (s gradskim smeem ili odvojeno);- termiki: spaljivanje.

Kondicioniranje- postupak kojim se mulj priprema za zgunjavanje i ocjeivanjePostupci kondicioniranja su:- hemijski, dodavanjem sredstava za zgruavanje ili precipitaciju;- toplinski, uz temperaturu od 160 do 210oC;- dodavanjem inertnih tvari (pepela).Poto se provede obrada, mulj se moe:- upotrijebiti u poljoprivredne svrhe,- upotrijebiti za proizvodnju energije,- odlagati na deponiju posebno ili s gradskim smeem.

Ukoliko mulj nije nastao proiavanjem otpadnih voda sa znatnijim udjelom industrije (nema tekih metala i tetnih tvari) moe se kompostirati, suiti, samljeti i pakirati, uz mogunost dodavanja fosfora i kalija, te upotrijebiti u poljoprivredi. Primjenjuje li se u poljoprivredi, a prethodno nije bio podvrgnut postupcima unitavanja parazita (anaerobnoj stabilizaciji, kompostiranju), mulj treba pasterizirati (grijanjem na 70oC 20 minuta) ili dezinficirati zraenjem. Energetska vrijednost mulja moe se upotrijebiti u spalionicama otpada, za proizvodnju energije. Najmanje prikladno je mulj odlagati.