RS52278B - POSTUPAK UKLANJANJA HUMINSKIH MATERIJA I ARSENA IZ RAZLIČITIH TIPOVA PRIRODNIH VODA UNAPREĐENOM KOAGULACIJOM SA NEORGANSKIM POLIMERIMA ALUMINIJUMA I AKTIVIRANE SiO2 - Google Patents

Abstract

Postupak uklanjanja huminskih materija i arsena iz različitih tipova prirodnih voda unapređenom koagulacijom sa neorganskim polimerima Al i aktivirane SiO2, u pH opsegu 5.5 - 6.5 i dozom Al polimera 2-25mg/l Al2O3, u zavisnosti od sadržaja huminskih materija i arsena, u procesu tretmana vode za piće naznačen time:što se u fazi koagulacije sa dozama Al polimera i aktivirane SiO2 u masenim odnosima Al2O3 : SiO2 - 3 : 1 do 2 : 1.5 formira alumo silikatni kompleks koji vezuje huminske materije i arsen u flok koji se u nastavku uklanja standardnim metodama.

Description

a)Oblast tehnike na koju se pronalazak odnosi

Pronalazak pripada oblasti prečišćavanja vode, odnosno bliže, oblasti prečišćavanja

vode za piće, a odnosi se na postupak uklanjanja iz prirodne vode huminskih materija, koje predstavljaju najrasprostranjenije organsko zagađenje prirodnih voda na širokom prostoru, kao i arsena koji se javlja u površinskim i podzemnim vodama kao osnovno zagađenje ili zajedno sa huminskim materijama.

Prema međunarodnoj klasifikaciji patenta (MKP) predmet pronalaska je označen sa osnovnim klasifikacionim simbolom

Cl. C 02 F 1/52.

b) Tehnički problem

Pri prečišćavanju prirodnih voda do standarda kvaliteta vode za piće najveći problem

predstavlja izdvajanje huminskih materija, budući da ove između ostalog pri dezinfekciji sa hlorom daju brojne kancerogene i mutagene halogenorganske materije. Za rešavanje ovog problema koriste brojne tehnike, među kojima je još uvek dominantna konvencionalna tehnologija koagulacije, odnosno specifična unapređenja ovog procesa - unapređena koagulacija.

Danas se proces koagulacije i separacije floka, kao jedan od zastupljenijih metoda uklanjanja huminskih materija iz prirodnih voda, realizuje uz primenu različitih sredstava za koagulaciju sa polovičnim uspehom. Najveći problemi iskazani su u domenu prečišćavanja voda sa visokom sadržajem huminskim materija (> 30 mg/dm<3>utroška KMn04) i u uslovima povećanog alkaliteta (CaC03> 120 mg/dm<3>) sirovih voda.

Drugi problem je zahtev za uklanjanje visokih sadržaja arsena koji se često pojavljuje u podzemnim, ali i površinskim, vodama bilo kao dominantno zagađenje ili zajedno sa huminskim materijama.

Na unapređenju prečišćavanja sirovih voda koje sadrže prekomerne koncentracije arsena (> 0.010 mg/dm<3>) danas se radi veoma mnogo. U primeni su brojne tehnologije prečišćavanja, ali je dostizanje vrhunskih standarda vezano sa značajnim investicionim i pogonskim troškovima. Za uslove prečišćavanja sirovih voda sa huminskim materijama i arsenom ne postoje odgovarajuća, tehno-ekonomski i ekološki racionalna rešenja.

Raspoloživim postupcima se kod jednog dela sirovih voda postiže uklanjanje huminskih materija ispod standarda kvaliteta vode za piće (utrošak KMn04< 8.0 mg/dm<3>), a kod dela voda sa visokim organskim sadržajem ove se uklanjaju u stepenu koji zahteva dalja ulaganja, nove faze prečišćavanja.

Dalje unapređenje efekata uklanjanja huminskih materija iz sirovih voda sa visokim sadržajem huminskih materija i povećanom alkalnošću i obezbeđenje standarda kvaliteta vode za piće predstavlja jedan deo problema koji je trebalo razrešiti u nastavku. Drugi segment problema vezan je za unapređenje efekata uklanjanja arsena iz sirovih voda, posebno za uslove jednovremenog prisustva u ovim i visokih sadržaja huminskih materija i arsena. Ovaj problem se tokom 30 godina pokušava rešiti na primeru prečišćavanje sirovih voda izvorišta Zrenjanina.

Pored toga potrebno je povećati efikasnost procesa koagulacije i izdvajanja iz sirovih voda huminskih materija najrazličitijeg sastava kod prečišćavanja mekih (CaC03<<>60 mg/dm<3>) voda pri niskim (< 5° C) temperaturama.

c) Stanje tehnike

Prečišćavanje prirodnih voda sa huminskim materijama u vode za piće danas se vrši sa

više tehnoloških rešenja: konvencionalni tretman koji sadrži više procesa (koagulacija sa različitim shemama separacije floka), uklanjanje humina na membranskim filtrima (ultrafiltracija, nanofiltracija i reversna osmoza), oksidacija sa biofiltracijom i sorpcioni procesi.

U fazi prečišćavanja sirove vode koagulacijom uklanjaju se suspendovane, delom koloidne i rastvorene supstance. Za koagulaciju se danas koriste najrazličitije sheme tretmana. Soli Al i Fe sa pomoćnim koagulantima koriste se za prečišćavanje različitih tipova sirovih voda. Pri ovome se kao pomoćna sredstva za flokulaciju koriste: SiC>2 ili različiti organski polimeri.

Za unapređenje procesa koagulacije sintetizovane su nove soli, neorganski polimeri, koji u vodenoj sredini stvaraju polinuklearni kompleks hidrokso-aluminijum jona sa katjonskim osobinama. Vrste anjona u molekulu omogućavaju polimerizaciju pa mu ovo daje osobinu i flokulacionog sredstva što je naročito izraženo kod voda koje se teže flokulišu. Na zapadnom tržištu to su PAC (Floerger, Francuska), WAC (Atochem, Francuska), Megaflok (DIN 1962 und 19634, La Top, Austrija) i dr, a kod nas Koaflok (prijava patenta P- 551/95, Hemijska Industrija "Župa", Kruševac).

Veliki broj patentnih rešenja daje spektar Al kompleksa. Danas su najcenjeniji oni sa najvećim učešćem monomera sa 13 Al atoma, koji se dobijaju elektrohemijskim putem (Japanski patent No. 24354 i No. 24355).

Ipak i dalje poseban problem predstavljaju vode sa huminskim materijama. Ovde se kod primene klasičnih shema tretmana troše enormne količine Al ili Fe soli uz relativno skromne efekte prečišćavanja. Na niskim temperaturama prečišćavanje voda sa malom jonskom jačinom (CaCC>3 iznad 120 mg/dm<3>) ne može se stvoriti flok ni sa neorganskim polimerima Al i to je razlog da se iz ovih voda sa postojećim tehnološkim shemama, i pri najboljim filtrima huminske materije ne mogu odstraniti iz vode za piće, što svedoče savremena iskustva, prezentirana na Internacionalnoj konferenciji o uklanjanju huminskih materija koja je održana u Norveškoj 1999. godine. Visoko unapređenje efekata koagulacije postignuto je poslednjih godina posebno za slučaj da se radi o mekim vodama i za slučaj koagulacije na niskim temperaturama.

U slučaju nedovoljnog uklanjanja huminskih materija iz vode za piće u nastavku se koriste više faze obrade: oksidacija sa ozonom, sorpcija na aktivnom uglju, čime se ceo postupak usložnjava, a osnovna ulaganja i pogonski troškovi prečišćavanja vode za piće se značajno uvećavaju.

Na uklanjanju arsena iz sirovih voda radi se izuzetno intenzivno. I ovde su definisane brojne tehnologije sa odgovarajućim efektima prečišćavanja. Rešenja obuhvataju ceo spektar metoda prečišćavanja sirovih voda prisutnih u praksi od konvencionalnih rešenja koagulacije do apsorpcionih, jonoizmenjivačkih, membranskih procesa, pa i podzemne oksidacije i uklanjanja sa solima Fe. Ipak, i ovde se primat daje koagulaciji kao najracionalnijoj tehnologiji prečišćavanja uz primenu soli Fe i Si, koja sve više ulazi u praksu prečišćavanja voda sa arsenom. Specifičan problem predstavlja uklanjanje tro valentnog arsena gde se za najveći broj metoda primenjenih u praksi zahteva predhodno prevođenje ovog u više valentno stanje.

U našoj praksi u primeni su rešenja sa uklanjanjem dela arsena iz podzemnih voda jednovremeno sa oksidacijom Fe u fazi taloženja i/ili filtracije. No ovaj postupak ne može obezbediti zahtevane efekte prečišćavanja kod visokopterećenih (>0.050 mg/dm ) prirodnih voda sa arsenom.

Rešenjem datim u okviru novijeg stanja tehnike, unapređena koagulacija (patentna prijava P-355/00), postignuti su najveći efekti prečišćavanja sirovih voda sa huminskim materijama. Za dostizanje najboljih efekata, u izlaganju suštine pronalaska, definisani su uslovi prečišćavanja: pH vrednost u opsegu 5.5 - 6.5 i odnosi koncentracija AI2O3: S1O2u opsegu 6:1-3:1. Povećanje efekata prečišćavanja sa ovim rešenjem najbolje se sagledava poredeći isto sa US EPA kriterijumom za unapređenu koagulaciju, (Enhanced Coagulation and Enhanced Precipitative Softening Guidance Manual, US EPA, 815-R-99-012; 1999). U citiranom US EPA dokumentu za vode (kao što su podzemne voda izvorišta Kikinde i Zrenjanina): sa sadržajem ukupnog organskog ugljenika (TOC) > 8.0 mg/dm<3>i alkaliteta > 120 mg/dm<3>CaCCbza postupak unapređene koagulacije se zahteva efikasnost uklanjanja TOC od 30 %. Metodom datim u P-355/00 obezbeđuje se efikasnost uklanjanja organske materije od 60 - 70 %. Ipak, primenom ovog rešenja ne može se postići zadati standard kvaliteta vode za piće na navedenim lokalitetima.

Shodno iznetom kao zadatak se postavlja povećanje efikasnosti uklanjanja huminskih materija iz prirodnih voda tako da se i kod voda sa visokim organskim opterećenjem (> 30 mg/dm<3>KMn04), već nakon faze koagulacije i separacije floka, sadržaj organske materije dovede u okvire standarda kvaliteta vode za piće. Budući da se u nekim prirodnim vodama sa huminskim materijama, ili bez istih, javlja i visok sadržaj arsena to se postavlja dopunski zadatak jednovremenog uklanjanja As iz sirove vode do vrednosti defmisanih dopuštenim koncentracijama u vodi za piće, koje su u novije vreme evoluirale od 50 ug/dm<3>na, sada aktuelni, 10 ug/dm<3>i težnjom ka 1.0 ug/dm<3.>

d) Izlaganje suštine pronalaska

U okviru stanja tehnike raspoloživih eksperimenata, definisani su uslovi za postizanje

najviših efekata prečišćavanja. U objašnjenju dobijenih unapređenja dobijeni efekti su objašnjeni dejstvom dva neorganska polimera u definisanoj pH oblasti uz jednovremeno ustanovljen odnos koncentracija AI2O3: Si02.

Koncentracije AI2O3i Si02kao i njihov odnos dati su u okvirima i na nivou koji je bio sagledan u eksperimentima. Ovakvi odnosi koncentracija AI2O3i Si02u uslovima korišćenja neorganskog Al polimera i aktivirane Si02po prvi put se sreću u praksi vodosnabdevanja. Pogodan odnos ova dva polimera sa stvaranjem struktura za vezivanje molekula huminskih supstanci omogućio je povećanje efekata uklanjanja huminskih materija uz smanjenje potrošnje Al, smanjenje reziduala Al u prečišćenoj vodi i smanjenje emisije Al u životnu sredinu u odnosu na sve dotadašnje postupke.

Povećanje efekata uklanjanja huminskih materija najnovijim unapređenjima dobijenim unapređenom koagulacijom (patentna prijava P-355/00), u odnosu na postojeća rešenja bilo je visoko (dva puta više od US EPA zahteva). Ipak sa istom se ne može obezbediti standard kvaliteta vode za piće u uslovima tretmana sirovih voda sa: visokim sadržajem huminskih materija u vodi (iznad 30 mg/dm<3>utroška KMnO^ uz visok jonski sadržaj (CaC03iznad 120 mg/dm<3>). Problem se delom javlja i u uslovima ekstremno niskih temperatura (< 5° C) gde smanjena brzina formiranja floka traži povećane dimenzije uređaja. Manji nedostaci metode su i potreba podešavanja pH u oblasti 5.5 - 6.5 što u nastavku zahteva naknadno alkalisanje vode.

U okviru analiza iz ovog kompleksa je i uklanjanje povećanih sadržaja arsena iz sirovih voda, što je definisano na podzemnim vodama izvorišta Zrenjanina i površinskim vodama reke Jablanice za potrebe vodosnabdevanja Topole.

Bazna ispitivanja na unapređenju efekata koagulacije usmerena su na obezbeđenje što stabilnijeg floka, Al i Si polimera, sa što efikasnijim vezivanjem huminskih makromolekula i sorpcije arsenat jona na formiranom floku. Već izmenom odnosa doza ova dva polimera, povećanjem učešća SiC>2, dobijaju se visoka unapređenja u svim elementima koji definišu efekte prečišćavanja: bolja koagulacija sa skoro kvantitativnim vezivanjem huminskih materija u flok, bolje karakteristike floka sa daljim unapređenjem kod prečišćavanja voda pri niskim, ispod 5° C, temperaturama i manjim rezidualom Al u vodi za piće.

Povećani efekti prečišćavanja sirovih voda manjeg jonskog sadržaja (alkalitet < 120 mg/dm<3>CaCOa) pri temperaturama ispod 5° C dobijaju se i u širokom pH opsegu 5.5 - 8.0 uz obezbeđuje standarda kvaliteta vode za piće. Ovo je ustanovljeno u laboratorijskim eksperimentima za slučaj prečišćavanja voda, koagulacijom pri temperaturama ispod 5° C, na Kopaoniku.

Osobine floka: vreme stvaranja, stabilnost i gustina floka su od posebnog značaja kako na efekte prečišćavanja tako i na dimenzionisanje uređaja za uklanjanje huminskih materija i arsena iz sirovih voda nepovoljnih karakteristika.

Eksperimentima je obuhvaćen značajan broj sirovih voda različitog sastava. Budući da se zna za postojanje sirovih voda sa još većim organskim opterećenjem, a koje nisu obuhvaćene ovim ispitivanjima, ovde je ustanovljena korelacija između sadržaja huminskih materija u sirovoj vodi i doze koagulanata. Za Al polimer ova je data eksplicitno dok je za Si ista definisana kao odnos koncentracija ova dva polimera.

U daljoj fazi unapređenja procesa prečišćavanja voda sa huminskim materijama, kao i efekata prečišćavanja voda sa prekomernim sadržajem As ustanovljena je potreba optimizacije procesa u skladu sa visokim unapređenjem efekata prečišćavanja koji su postignuti izmenama odnosa koncentracija neorgnskih polimera Al i Si02-

U okviru stanja tehnike nije obuhvaćena i problematika uklanjanja arsena (As<3+>, As<5+>i organski vezanog As), što se pojavljuje kao problem kod jednovremenog prečišćavanja sirovih voda koje sadrže povišene sadržaje huminskih materija i arsena.

Primenom uslova unapređene koagulacije na nivou stanja tehnike nisu se, za slučaj prečišćavanja podzemnih voda Zrenjanina, mogli dobiti efekti koji obezbeđuju standard kvaliteta vode za piće ni po jednom od postavljenih zahteva: redukciji sadržaja huminskih materija i uklanjanju arsena.

Sa ustanovljenjem novih odnosa dva polimera obezbeđeni su uslovi za dalje povećanje efekata uklanjanja huminskih materija i arsena kojima je već u fazi koagulacije i taloženja postignut standard kvaliteta vode za piće (utrošak KMn04ispod 8.00 mg/dm<3>i sadržaj As ispod 0.010 mg/dm3).

Suština unapređenja vezana za izmenu odnosa neorganskih polimera a koja ima kao rezultat visoko povećanje efekata prečišćavanja. Visoko povećanje efekata prečišćavanja sirovih voda (80 - 89 %-no uklanjanje huminskih materija i 84 - 94 %-no uklanjanje As) zasnovano je na stvaranju alumosilikatnog kompleksa sa kvantitativnom ugradnjom Al i Si polimera, što obezbeđuje stvaranje floka i u ekstremno čistoj sirovoj vodi (< 0.2 NTU). Formiranje floka Al i Si kompleksa i sirovoj vodi niske mutnoće postignuto je tek u uslovima koagulacije definisanih ovim postupkom.

U fazi koagulacije, prilikom stvaranja alumosilikatnog kompleksa, dolazi do kvantitatvnog vezivanja huminskog kompleksa i ugradnje arsenat jona u nastali flok. Ovo ima za rezultat navedene efekte prečišćavanja sirovih voda uz minimiziranje rezidualnih sadržaja navedenih komponenti u prečišćenoj vodi i negativnih uticaja na životnu sredinu, posebno vezanih za emisiju aluminijuma.

Podešavanje pH, ako je potrebno, vrši se dodavanjem kiseline za slučaj prečišćavanja sirovih voda niskog jonskog sadržaja ili propuštanjem kroz jonoizmenjivačku kolonu sa jako kiselom jonskom masom, kako je dato na si. 1.

Doziranje koagulanata, Al polimera i aktivirane SiO?, vrši se u fazi, intenzivnog mešanja, a naknadna korekcija pH (ako je potrebna) vrši se nakon separacije floka.

Neorganski polimer Al dozira se bez razblaživanja, ili u opsegu razblage koju dozvoljava proizvođač, kada se radi sa koncetrovanim ili čvrstim proizvodom.

Doza polimera Al i aktivirane SiC>2 određuje se za konkretne uslove prečišćavanja. Doza neorganskog polimera Al određuje se na bazi ustanovljenog odnosa utroška KMnCMi doze Al, a doza SiC»2 iz ustanovljenog odnosa ova dva polimera.

Doze koagulanata zavisno od tipa vode kreću se u širokom opsegu, za Al polimer 2.0 - preko 25 mg/dm<3>AI2O3i aktivirane SiC>2 0.5 - preko 15.0 mg/dm<3>. Pri tome optimalan odnos koagulanata: AI2O3: SiC>2 ostaje u domenu definisanim ovim postupkom, tj. 3 : 1 do 2 : 1.5.

e) Kratak opis slike nacrta

Laboratorijska ispitivanja izvršena su standardnom tehnikom jar testa sa propelernim

mešalicama promenljive brzine od 10 - 200 obrta/min., koji su obezbeđivali vođenje eksperimenta u kontrolisanim uslovima rada : brzo mešanje (200 o/min., 60 s.) i sporo mešanje (sa promenljivim intenzitetom od 120, 60, 30 i 15 o/min., sa trajanjem od 3, 5, 7 i 10 min.). Taloženje floka je u trajanju 30 min. Posle efikasne separacije floka uzimanje uzorak dekantovane vode za određivanje efekata prečišćavanja.

Za ispitivanja su korišćeni različiti komercijalni proizvodi : PAC, Megaflok, Koaflok i Alkoflok

Proces prečišćavanja sirove vode koagulacijom i separacijom, na postrojenju se sastoji iz faza datih na blok shemi,

SI. 1. Shema procesa koagulacije i separacije floka:

podešavanje pH (ako je potrebno), doziranje koagulanata (Al polimera i aktivirane SiC>2) sa fazama mešanja (brzo i sporo mešanje) i naknadnim taloženjem i/ili filtracijom. Korekcija pH vrednosti pre faze koagulacije (ako je potrebna) vrši se bilo doziranjem mineralnih kiselina bilo propuštanjem dela protoka (više desetina procenata, zavisno od zahtevane promene pH i tipa vode) kroz kolonu sa H<+>menjačem. Voda za zakiseljavanje uzima se iz osnovnog toka, sirova voda, ili iz faze taloženja ili filtracije, čime se pH menjač štiti od zagađenja. Neutralizacija dekantata vrši se, po pravilu, pre filtracije.

Postupak dozvoljava i druge sheme prečišćavanja. To se odnosi na postrojenja gde već postoje rešenja, kao npr. kontaktna filtracija. Naravno, efikasnost procesa ovde je određena sa koncentracijom huminskih materija, odnosno dozom koagulanata, budući da je period rada filtra ograničen sadržajem suspenzija.

f) Detaljan opis pronalaska

Sirovoj vodi, predhodno podešene pH vrednosti: za vode sa alkalitetom ispod 100

mg/dm<3>CaC03na 5.5 - 7.9 (ako ista nije već u tom opsegu na vodozahvatu), a za vode sa alkalitetom iznad 100 mg/dm<3>CaCC>3 u opsegu 5.5 - 6.5 dodaje se neorganski polimer Al i aktivirana SiC>2, provodi kroz faze brzog i sporog mešanja a zatim vrši izdvajanje floka taloženjem tokom 30 min., što je uobičajena procedura laboratorijskog jar testa. U pogonskim uslovima ispitivanja su ograničena na konstrukcijske karakteristike postrojenja.

Podešavanje pH, ako je potrebno, vrši se shodno gore navedenom kod voda niže mineralizacije se nekom od mineralnih kiselina : HC1, H2SO4, a kod voda sa visokim puferskim kapacitetom (CaC03iznad 180 mg/dm<3>), tamo gde bi se povećao jonski sadržaj i ugrozio kvalitet vode pomoću kiselih katjonskih menjača. Za postizanje najboljih efekata uklanjanja huminskih materija podešavanje pH vrši se na početku procesa. Eventualna naknadna korekcija pH, dovođenje u opseg zadat standardom kvaliteta vode za piće i popravka stabilnosti vode vrši se posle separacije floka taloženjem, najbolje pre faze filtracije.

Ceo proces kontroliše se preko parametara kvaliteta vode koji daju podatke o efektima prečišćavanja: mutnoća vode, utrošak KMn04, boja, uv-absorbanse, PTHM (potencijal formiranja trihalometana) i rezidualni Al. Svi rezultati jar testa odnose se na karakteristike uzoraka dekantovane vode.

Inovativni i inventivni korak u odnosu na stanje tehnike sastoji se u obezbeđenju uslova za formiranje stabilnih kompleksa iz metastabilnih stanja AI2O3i amorfnog SiC>2 uz stvaranje alumosilikata sa izuzetno malom rastvorljivošću, što ovom koraku daje izuzetan aplikativni karakter. Najbolji rezultati se postižu pri odnosima ova dva polimera AI2O3 : SiC>2 = 3 : 1 do 2 : 1.5.

Neorganski polimeri Al i Si se po doziranju nalaze u nestabilnim stanjima koja se brzo transformišu uz stvaranje stabilnih kompleksa. Shodno literaturnim podacima (Stumm&Morgan, Aquatic Chemistrv, 1970) nagrađeni alumosilikati su sa izuzetno niskom rastvorljivošću 10"<8>M Al(OH)3pri promenljivim koncentracijama FLjSiCM od 10"10-10"<5>gr.mola/dm<3>i sa minimalnom rastvorljivošću Al od 10'9 5-10'10 gr.mola/dm<3>pri pH = 6.0.

Primenom neorganskih polimera Al i aktivirane SiC>2 kao pomoćnog sredstva, uz kontrolu pH u optimalnom opsegu postižu se unapređenja procesa koagulacije i ukupnih efekata prečišćavanja u odnosu na konvencionalni tretman u domenima : - uklanjanja huminskih materija iz vodene faze (računato preko utroška KMnC>4 do 90 <%>)<,>- uklanjanje visokog procenta huminskih materija koje daju uv ekstinkciju, što je posebno značajno budući da su ove materije glavni prekursori halogenorganskih materija (efekti redukcije uv ekstinkcije su u nekim slučajevima veći od 90 %), - intenzivira se proces koagulacije i separacije i pri temperaturama ispod 5° C (proces koagulacije i taloženja vode na Kopaoniku ovim postupkom čini se nezavisnim od temperature i realizuje se u širokom pH opsegu 5.5 - 8.0),

- postižu se posebno značajni rezultati u smanjenju sadržaja boje, i preko 95%,

- postižu se izuzetno niske koncentracije rezidualnog Al u vodi za piće (kod korektnog vođenja procesa koncentracija Al je manja od 0.050 mg/dm<3>, čime su obezbeđeni i najoštriji standardi kvaliteta vode za piće, - smanjuje se uticaj na životnu sredinu mulja iz uređaja za prečišćavanje vode za piće, potrošnja te i emisija Al je redukovana za reda 50 - 80 %. Zagađivanje sa reaktivnim Al je minimizirano stvaranjem nerastvornih alumosilikata.

Navedeni primeri laboratorijskih i pogonskih ispitivanja ilustruju ove zaključke.

g)Eksperimentalni rezultati

Iako izrazito uvećani efekti prečišćavanja voda sa visokim sadržajem huminskih

materija, tipa voda Kikinde i Zrenjanina, postupkom unapređene koagulacije datim u stanju tehnike, u fazi koagulacije i separacije floka nije se mogao dobiti standard kvaliteta vode za piće, utrošak KMnC>4 ispod 8.00 mg/dm<3>.

Sa novim unapređenjem čak i kod prečišćavanja sirovih voda sa ekstremnim sadržajem huminskih materija, visokim alkalitetom i sadržajima arsena iznad 0.100 mg/dm<3>) može se obezbediti standard kvaliteta vode za piće kako je ilustrovano na primerima 1 i 2. Već u fazi koagulacije i izbistravanja, (u dekantovanoj vodi) u novim uslovima koji su definisani ovom inovacijom postiže se obezbeđenje standarda kvaliteta vode za piće, što je ilustrovano primerima 1 i 2 i si. 2, 3, 4 i 5.

Primer 1.Sirova voda, podzemna voda izvorišta Kikinde, je sa sledećim karakteristikama: mutnoća = 1.0 NTU, boja = 48 mgPt/dm<3>, uv-ekstinkcija = 0.260 l/cm, utrošak KMn04= 26.00 mg/dm<3>,TOC = 8.0 mg/dm<3>, Na = 220 mg/dm<3>, As = 0.009 mg/dm<3>.

Prečišćavanje sirove vode izvorišta Kikinda realizovano je u laboratorijskim uslovima , jat-testu, na sledeći način. Podešavanje pH postignuto je propuštanjem određene količine (50%) vode kroz jonski menjač H<+>tipa, potom mešanja ove sa ekvivalentnom količinom sirove vode. Tako dobijena voda imala je pH = 6.5. Dalje zakiseljavanje do postizanja pH = 5.8 izvršeno je dodatkom 0.20 ml 1:3 H2SO4u 1 litar tretirane vode. Tako dobijenoj vodi dodate su različite doze koafloka i aktivirane Si02u količinama koje su odgovarale odnosima AI2O3: Si02= 3 : 1 do 2 : 1.5. Povećanje efekata prečišćavanja sirove vode izvorišta Kikinde (uklanjanja organske materija: utrošak KMn04i uv-ekstinkcije) pri promenljivim odnosima neorganskih polimera Al i Si02prikazano je na si. 2. i 3. Sa dozama Al polimera od 10,0 i 15,0 mg/l AI2O3i aktivirane Si02od 6,0 i 9,0 mg/l Si02, posle separacije floka, u dekantovanoj vodi, obezbeđuje se standard kvaliteta vode za piće (utrošak KMn04ispod 8.0 mg/l).

SI. 2. Povećanje efekata uklanjanja huminskih materija iz sirove vode izvorišta Kikinde (smanjenje utroška KMn04) sa izmenom odnosa neorganskih polimera Al i Si:

- rezultati dobijeni postupkom datim u prijavi patenta P-353/00 (neprekinuta linija),

- unapređenje postignuto pri optimalnom odnosu AI2O3: Si02(isprekidana linija).

SI. 3. Povećanje efekata uklanjanja huminskih materija iz sirove vode izvorišta Kikinde (smanjenje uv-estinkcije) sa izmenom odnosa neorganskih polimera Al i Si:

- rezultati dobijeni postupkom datim u prijavi patenta P-353/00 (neprekinuta linija),

- unapređenje postignuto pri optimalnom odnosu AI2O3: Si02(isprekidana linija).

U odnosu na iskazane efekte prečišćavanja iz okvira stanja tehnike ovde su ustanovljeni visoki efekti unapređenja procesa prečišćavanja, koagulisana i dekantovana voda: mutnoća = 0.1 NTU, boja = 4 mgPt/dm<3>, uv-absorbansa = 0.047 l/cm, utrošak KMn04= 5.10 mg/dm<3>, TOC = 1.8 mg/dm<3>, Na = 112 mg/dm<3>, As = 0.001 mg/dm<3>.

Na si. 9. prikazana je zavisnost doze Al polimera od uv-ekstincije sirove vode.

Primer2. Sirova voda, podzemna voda izvorišta Zrenjanina, je sa sledećim karakteristikama: mutnoća = 1.8 NTU, boja = 120 mgPt/dm<3>, uv-absorbansa 0.510 = l/cm, utrošak KMn04= 53.00 mg/dm<3>, TOC = 11.5 mg/dm<3>, Na = 260 mg/dm<3>, As = 0.103 mg/dm<3>.

Prečišćavanje sirove vode izvorišta Zrenjanina realizovano je na način kao u postupku tretmana vode iz prethodnog primera. Razlike u dozi koagulanata i kiseline za pH kontrolu su znatno većem opterećenju ovih voda. Podešavanje pH postignuto je propuštanjem određene količine sirove vode (50%) kroz jonski menjač H<+>tipa, potom mešanja ove sa ekvivalentnom količinom sirove vode. Tako dobijena voda imala je pH = 6.5. Dalje zakiseljavanje do postizanja pH = 5.8 izvršeno je dodatkom 0.25 ml 1:3 H2SO4. Tako dobijenoj vodi dodati su različite doze koafloka i aktivirane Si02u količinama koje su odgovarale odnosima AI2O3: Si02= 3 : 1 do vrednosti 2 : 1.5. Testirana je efikasnost uklanjanja organske materije (utrošak KMn04i uv-absorbansa) i arsena sa dozama Al polimera od 10,0; 15,0 i 22,5 mg/l AI2O3i odgovarajućim dozama Si02od 6,0; 9,0 i 13,5 mg/l.

Povećanje efekata prečišćavanja sirove vode izvorišta Zrenjanina (utrošak KMn04i uv-ekstinkcije) sa izmenom odnosa neorganskih polimera Al i Si02prikazano je na si. 4 i 5.

SI. 4. Povećanje efekata uklanjanja huminskih materija iz sirove vode izvorišta Zrenjanina (smanjenje utroška KMn04) sa izmenom odnosa neorganskih polimera Al i Si:

- rezultati dobijeni postupkom datim u prijavi patenta P-353/00 (neprekinuta linija),

- unapređenje postignuto pri optimalnom odnosu AI2O3: Si02(isprekidana linija).

SI. 5. Povećanje efekata uklanjanja huminskih materija iz sirove vode izvorišta Zrenjanina (smanjenje uv-absorbansa) sa izmenom odnosa neorganskih polimera Al i Si:

- rezultati dobijeni postupkom datim u prijavi patenta P-353/00 (neprekinuta linija),

- unapređenje postignuto pri optimalnom odnosu AI2O3: Si02(isprekidana linija).

U odnosu na iskazane efekte prečišćavanja date u okviru stanja tehnike, ovde su ustanovljeni visoki efekti unapređenja procesa prečišćavanja, koagulisana i dekantovana voda: mutnoća = 0.1 NTU, boja = 6 mgPt/dm<3>, uv- absorbansa 0.056 = l/cm, utrošak KMn04= 5.80 mg/dm<3>, TOC = 2.1 mg/dm<3>, Na = 132 mg/ dm<3>, As = 0.006 mg/dm<3.>

Shodno rezultatima eksperimenata sa visoko opterećenim prirodnim vodama, podaci0rezultatima prečišćavanja podzemnih voda Zrenjanina, gde je dokazano visoko učešće huminskih materija u ukupnom organskom opterećenju ustanovljeno je da se najbolji rezultati uklanjanja organskog sadržaja (utrošak KMn04i uv-ekstinkcija) dobijaju pri odnosima ova dva polimera koji odgovaraju vrednostima AI2O3: Si02=2:1.2., što je prikazano na si. 6 i 7.

SI. 6. Određivanje optimalnog odnosa AI2O3: Si02za slučaj prečišćavanja sirove vode izvorišta Zrenjanina u odnosu na stepen uklanjanja utroška KMn04sa

optimalnim opsegom koncentracija AI2O3: Si02, odsečak 3:1 do 2:1.5.

SI. 7. Određivanje optimalnog odnosa AI2O3: Si02za slučaj prečišćavanja sirove vode izvorišta Zrenjanina u odnosu na stepen uklanjanja uv-ekstinkcije,

optimalan opseg koncentracija AI2O3: S1O2, odsečak 3:1 do 2:1,5.

SI. 8. Određivanje optimalnog odnosa AI2O3: Si02za slučaj prečišćavanja sirove vode izvorišta Zrenjanina u odnosu na stepen uklanjanja As

optimalan opseg koncentracija AI2O3: S1O2, odsečak 3:1 do 2:1,5

Za uslove ovih sadržaja, odnosa koncentracija, ima se najstabilniji flok, brzo formiranje taloga sa minimalnim sadržajem vode.

Primer3. Prečišćavanje sirovih voda male jonske jačine sa povišenim sadržajem huminskih materija pri ekstremno niskim temperaturama na Kopaoniku realizuje shodno stanju tehnike uspešno u pH oblasti 5.5 - 6.5. U uslovima izmenjenih doza koagulanata, sa povećanjem udela Si02isto se uspešno realizuje bez podešavanja pH u naznačenoj oblasti. Saglasno tome u nastavku nije potrebno dalje podešavanje pH.

Sirova voda je prečišćavana na temperaturi 3° C na samom postrojenju sa nepromenjenom temperaturom tokom eksperimenta. Sirova voda je karakteristika: mutnoća = 1.2 NTU, boja = 25 mgPt/dm<3>, pH = 7.9, utrošak KMn04= 15.25 mg/dm<3>, uv ekstinkcija = 0.136 l/cm.

Standardnom procedurom jar testa (brzo i sporo mešanje) uz doziranje koagulanata u novim optimalnim odnosima: 3.5 mg A^Os/dm3 i 2.0 mg aktivirane Si02/dm<3>dobija se flok sa visokim efektima uklanjanja huminskih materija. Prečišćavanje sirove vode ovim postupkom garantuju stabilno obezbeđenje standarda kvaliteta vode za piće: mutnoća = 0.2 NTU, boja = 2.0 mg Pt/dm<3>, pH = 7.7, utrošak KMn04= 5.5 mg/dm<3>, uv ekstinkcija = 0.016 l/cm.

U novim uslovima koagulacije, izmena odnosa neorganskih polimera, obezbeđeno je efikasno prečišćavanje bez korekcije pH vrednosti. Evidentno je da se i pri pH = 7.9 postižu zahtevani efekti prečišćavanja što značajno olakšava rad u praksi prečišćavanja ovog tipa vode za piće.

Uklanjanje arsena unapređenom koagulacijom

U primeru 2., prečišćavanje sirovih voda Zrenjanina, analizirano je i povećanje efekata uklanjanja arsena sa izmenom odnosa polimera Al i Si02.

Sa izmenom uslova koagulacije, kako je dato ovim postupkom, postiže se jednovremeno i visoko unapređenje efekata uklanjanja As<5+>i organski vezanog As iz podzemnih voda izvorišta Zrenjanina, si. 8.

Najbolji efekti uklanjanja arsena iz sirove vode izvorišta Zrenjanina dobijeni su sa dozama Al soli od 25 mg/dm<3>AI2O3i pri odnosu AI2O3: Si02= 2 : 1.15.

Najbolji efekti vezivanja huminskih makromolekula i arsena sa neorganskim polimerima Al i Si02postižu se pri pH vrednostima 5.5 do 6.5 i sa dozama AI2O3od 2.0 do 25 mg/dm<3>i SiC>2 u dozama od 1.0 do 12.5 mg/dm<3>.

Odnos AI2O3: Si02= 2 : 1.2. obezbeđuje praktično kvantitativno vezivanje Al i Si u makrokompleks te je time obezbeđen minimalni rezidual Al u prečišćenoj vodi.

Shodno ustanovljenom unapređenju prečišćavanja stvoreni su uslovi da se bez dopunskih faza prečišćavanja na tehno-ekonomski i ekološki najbolji način obezbedi standard kvaliteta vode za piće i na vodama gde je to bilo neizvodljivo bez primene najsloženijih tehnoloških shema prečišćavanja.

Podešavanje pH pomoću jako kiselog katjonskog menjača omogućava smanjenje prekomernih sadržaja Na kao i jonske jačine, dok se sa primenom Al polimera isključuje povećanje sadržaja SO4koji se ima u slučaju primene Al sulfata, te se ovim postupkom postižu višeznačni efekti na unapređenju kvaliteta vode za piće, smanjenje organskog sadržaja i mineralizacije vode.

Primer 4. Uklanjanje arsena iz sirovih voda sa malim sadržajem organske materije i mutnoće, reka Jasenica kao izvorište za Topolu. Reka Jasenica izvire ispod planine Rudnik, poznatog po rudniku olova i cinka. Vode reke Jasenice su sa povišenim sadržajima As od 25 - 60 ug/dm<3>. Budući da je voda Jasenice prozirna sa malim sadržajem organske materije uklanjanje As klasičnom koagulacijom zahtevalo bi doziranje suspenzija koje bi omogućile ovaj proces. Doziranje Al i Si polimera u koncentracijama koje daju njihov težinski odnos od 2 : 1.5 obezbeđuje efikasno stvaranje floka sa visokim efektima uklanjanja arsena.

Sirova voda korišćena za eksperimente bila je sastava: mutnoća = 0.55 NTU, boja =3.5 mgPt/dm<3>, pH = 7.5, utrošak KMn04= 8.4 mg/dm<3>, As = 47 ug/dm<3>.

Standardnom procedurom jar testa (brzo i sporo mešanje) uz doziranje koagulanata u novim optimalnim odnosima: 3.0 mg A^Os/dm3 i 1.7 mg aktivirane Si02/dm<3>dobija se flok sa visokim efekima prečišćavanja sirove vode, posebno arsena koji garantuju stabilno obezbeđenje standarda kvaliteta vode za piće: mutnoća = 0.25 NTU, boja = 2.0 mgPt/dm<3>, pH = 7.4, utrošak KMn04= 5.2 mg/dm<3>, As = < 2 ug/dm<3>.

Claims (1)

1. Postupak uklanjanja huminskih materija i arsena iz različitih tipova prirodnih voda unapređenom koagulacijom sa neorganskim polimerima Al i aktivirane Si02, u pH opsegu 5.5 - 6.5 i dozom Al polimera 2-25 mg/l AI2O3, u zavisnosti od sadržaja huminskih materija i arsena, u procesu tretmana vode za pićenaznačen time:što se u fazi koagulacije sa dozama Al polimera i aktivirane Si02u masenim odnosima AI2O3: SiC>2 = 3 : 1 do 2 : 1.5 formira alumo silikatni kompleks koji vezuje huminske materije i arsen u flok koji se u nastavku uklanja standardnim metodama.