SI25327A - Remediacijska naprava in postopek za remediacijo vod iz malih bioloških čistilnih naprav - Google Patents

Abstract

Po izumu je predvidena remediacijska naprava za remediacijo vode, ki je priključljiva na izstopno cev male biološke čistilne naprave in s povratno zanko priključljiva na sekundarni vodovod do porabnikov, ki sestoji iz enote za nanoremediacijo, enote za oksidacijo ter enote za ionsko izmenjavo in filtracijo. Predviden je tudi postopek remediacije vode, ki privede do očiščenja vode do kakovosti pitne vode, pri čemer postopek obsega korake nanoremediacije z nanodelci nič-valentnega železa nZVI, čiščenja z oksidanti, čiščenja z ionskimi izmenjevalci in filtracije.

Description

Remediacijska naprava in postopek za remediacijo vod iz malih bioloških čistilnih naprav

Izum se nanaša na remediacijsko napravo in postopek remediacije vode, namreč pridobivanja pitne vode. Pridobivanje poteka na osnovi predhodno že vsaj deloma prečiščene komunalne odpadne vode iz gospodinjstev, dobljene iz običajne male biološke čistilne naprave, v nadaljevanju MBČN, namenjene za čiščenje običajnih komunalnih odpadnih voda, namreč urbanih oziroma gospodinjskih odplak.

Izum je osnovan na problemu, kako v razmeroma kratkem času, brez uporabe okolju neprijaznih snovi in tudi na energijsko učinkovit način remediirati komunalno odpadno vodo iz gospodinjstev, da bo ustrezala fizikalnim, kemijskim in mikrobiološkim dopustnim vrednostim pitne vode.

Pričujoči izum predstavlja celovito rešitev čiščenja odpadne komunalne vode iz gospodinjstev, ki je bila predhodno delno očiščena v MBČN, s kombinacijo redukcijskih in oksidacijskih procesov ter filtracije, da dosega dopustne vrednosti parametrov, ki definirajo pitno vodo. Očiščena voda je brez vonja, barve in okusa, bistra in se ne peni. Voda, ki se pridobi, ima prevodnost < 2500 pS/cm, merjeno pri 20°C, kemijska potreba po kisiku (KPK) je < 5 mg O2/L. V pričujočem besedilu se izraz pitna voda in ekvivalentni izraz voda primerna za pitje nanašata na vodo pridobljeno po izumljenem postopku in v izumljeni napravi, ki dosega vse dopustne vrednosti anorganskih, organskih, mikrobioloških in ostalih fizikalno-kemijskih parametrov.

Komunalna odpadna voda iz gospodinjstev je onesnažena voda, v kateri se nahajajo različne organske in anorganske spojine. Komunalna odpadna voda iz gospodinjstev ima zaradi velike vsebnosti raztopljenih ionov veliko električno prevodnost, in sicer do 15000 pS/cm. Komunalna odpadna voda iz gospodinjstev ima v povprečju nevtralen ali rahlo bazičen pH z vrednostmi med 7,0 in 8,5. Indikatorska parametra za prisotnost organskih onesnažil v vodi sta biokemijska (BPKs) in kemijska (KPK) potreba po kisiku. Povprečna vrednost KPK v komunalni odpadni vodi iz gospodinjstev je od 200 do 600 mg O2 /L, povprečna vrednost BPKs pa je 250 mg O2 /L.

Mikrobiološke lastnosti komunalnih odpadnih voda iz gospodinjstev največkrat povezujemo z vsebnostjo različnih mikroorganizmov, med katere spadajo predvsem bakterije in virusi. Mikrobiološki parametri so podani v enotah najbolj verjetno število (MPN)/100 mL oziroma v kolonijskih enotah (CFU)/100 mL. Povprečne koncentracije glavnih indikatorskih mikroorganizmov v komunalni odpadni vodi so: Escherichia coli 800000 MPN/100 mL, intestinalni enterokoki 3000000 MPN/100 mL, Clostridium perfringens 50000 CFU/100 mL, koliformne bakterije 20000000 MPN/100 mL.

Komunalna odpadna voda iz gospodinjstev, ki se najprej očisti v MBČN, ni primerna za pitje ali ponovno uporabo za človeške potrebe, saj so koncentracije nekaterih onesnažil oziroma sestavin te vode previsoke. Predstavlja pa delno očiščena voda osnovo oziroma izhodiščno substanco za nadaljnje čiščenje po postopku remediacije po izumu oziroma z remediacijsko napravo po izumu. Voda, ki je delno očiščena v MBČN za največ 200 populacijskih enot, mora za potrebe nadaljnjega čiščenja, ki je predmet tega izuma, dosegati mejni vrednosti KPK in BPK5: - KPK < 150 mg 02 /L, - BPKs <30 mg 02 /L.

Najvišja še dopustna vrednost za parameter prevodnosti za vodo na iztoku iz MBČN, ki je predvidena za sodelovanje z remediacijsko napravo po postopku remediacije, ki je predmet tega izuma, je < 9000 pS/cm, merjeno pri 20 °C.

Dopustne vrednosti anorganskih snovi za vodo namenjeno za pitje, na iztoku iz MBČN, presegajo parametri amonijev ion, nitrat, nitrit, sulfat, fosfat. Njihove najvišje dopustne vrednosti, ki jih lahko vsebuje voda na iztoku MBČN, ki je predvidena za sodelovanje z remediacijsko napravo po postopku remediacije, ki je predmet tega izuma, so naslednje: amonijev ion (NH4+) < 40 mg/L, nitrat (NO3) ^ 20 mg/L, nitrit (NO2) < 1,0 mg/L, sulfat (SO42 ) < 30 mg/L in fosfat (PO42) < 10 mg/L.

Dopustne povprečne vsebnosti za zdravje potencialno nevarnih mikroorganizmov v vodi na iztoku iz MBČN, ki je predvidena za sodelovanje z remediacijsko napravo po postopku remediacije, ki je predmet tega izuma, so sledeče: Escherichia coli < 130000 MPN/100 mL, intestinalni enterokoki < 25000 MPN/100 mL, CIostridium perfringens < 850 CFU/100 mL in koliformne bakterije S 700000 MPN/100 mL.

Opisani parametri, ki so problematični v vodi na iztoku iz MBČN, so po čiščenju po postopku remediacije oziroma v remediacijski napravi, takšni, da voda ustreza fizikalnim, kemijskim in mikrobiološkim zahtevam pitne vode oziroma ne presegajo vrednosti, ki jih glede na specifikacije nanodelcev nič-valentnega železa ne bi mogli znižati pod mejne vrednosti pitne vode. V stanju tehnike osnovno konvencionalno tehnologijo čiščenja običajnih komunalnih odpadnih voda iz gospodinjstev predstavlja MBČN. Tovrstna naprava z biološkimi procesi in enostavno sedimentacijo očisti vodo do te mere, da dosega minimalne standarde za izpust v okolje. S tem se velik del vode, ki je pomembna dobrina, izgubi, z njo pa tudi energija, ki smo jo porabili za primarno in sekundarno čiščenje odpadne vode. Čista pitna voda predstavlja neprecenljiv vir za človeštvo. Procesi, s katerimi lahko iz odpadne vode pridobimo pitno vodo z relativno nizko porabo energije, na okolju prijazen način in za nizko ceno, so zato posebnega pomena.

Membranski procesi (N. P. Cheremisinoff: Handbook of water and wastewater treatement technologies, Woburn (2002), str. 335-371) delujejo na podlagi tlačne razlike, ki onesnaženo vodo potiska skozi pore različnih velikosti. Metode filtracije vode (mikrofiltracija, ultrafiltracija, nanofiltracija in reverzna osmoza) lahko očistijo vodo bakterij in suspendiranih delcev in organskih makromolekul. Reverzna osmoza pa je učinkovita za razsoljevanje, medtem ko slabo zadržuje šibke kisline in baze ter manjše organske molekule, ki so lahko prisotne v odpadni vodi. Slabosti membranskih procesov se kažejo predvsem v problemih povezanih z mašenjem por, ceno membran in energetsko potratnostjo zaradi ustvarjanja pritiska ob filtraciji.

Med filtracijske metode štejemo tudi filtracijo skozi plasti aktivnega oglja, ki je precej učinkovita za adsorpcijo organskih in nekaterih anorganskih onesnažil. Ta metoda pa je, podobno kot vse filtracijske metode, zelo podvržena mašenju in razraščanju bakterij. Potrebne so torej predhodne stopnje čiščenja odpadne vode.

Kemijski procesi čiščenja vključujejo aplikacijo različnih elementov in spojin za čiščenje vode. Najpogosteje so uporabljeni klor, bodisi kot plinast klor ali v obliki soli hipoklorita, nadalje jod, srebro, kalijev permanganat in koagulacijska/flokulacijska sredstva kot so FeCb, FeS04, Al2(S04)3*14H20, Ca(OH)2, Na2C03 in druga. Kemijska sredstva po eni strani lahko učinkovito dezinficirajo odpadno vodo in iz nje s procesi flokulacije odstranjujejo številna onesnažila, po drugi strani pa se med tovrstno remediacijo lahko tvorijo tudi številni še bolj strupeni in škodljivi produkti razgradnje.

Poleg že naštetih so za čiščenje odpadne vode primerni tudi napredni oksidacijski procesi. Ti vključujejo reaktante kot so vodikov peroksid, Fe3+, Fe2+, T1O2, ozon in ultravijolično svetlobo, ki omogočajo oksidativno razgradnjo onesnažil. Na ta način pa je ekonomično in smiselno čistiti le vodo, ki ima dovolj nizek delež organskega materiala, saj bi bila v nasprotnem primeru poraba dragih reaktantov previsoka.

Perspektivne oblike čiščenja voda so metode nanoremediacije, na kar kažejo številne patentne prijave metod za sintezo in uporabo nanodelcev za ta namen. Patent izumiteljev Zhao in Xu [2007) opisuje metodo za pripravo stabilnih nanodelcev nič-valentnega železa (nZVI) in uporabo teh nanodelcev za zmanjšanje onsesnaženja z anorganskimi onesnažili. Monivva in sodelavci (2012) so patentirali metodo za selektivno odstranjevanje olj iz industrijskih odpadnih voda z adsorpcijo olj na hidrofobno površino nanodelcev z magnetnim jedrom. Zhang in sodelavci (2014) so patentirali enofazni in dvofazni anaerobni reaktor za čiščenje odpadne vode z nič-valentnim železom. Huang in Crevvs sta leta 2014 patentirala metodo za čiščenje odpadne vode z uporabo nanodelcev, ki adsorbirajo oziroma drugače vežejo onesnažila. Fujieda s sodelavci (2009) so v patentu opisali način čiščenja odpadne vode z adsorbcijo na magnetnime delce z vezanimi oleofilnimi in hidrofilnimi funkcionalnimi skupinami na površini. Patent Sainia in sodelavcev (2015) opisuje pripravo nanokompozitnega materiala in uporabo slednjega za remediacijo vode kot adsorpcijskega sredstva za odstranjevanje organskih barvil. Farone in sodelavci (2013] so patentirali izum za remediacijo vode, ki zajema napravo za uporabo različnih nanodelcev za remediacijo vode, ki vključuje več stopenj filtracije. Englehardt in Meeroff (2005] v patentni prijavi opisujeta postopek remediacije odpadnih voda, ki temelji na uporabi različnih železovih materialov in spojin (Fe soli, Fe polnila, kovinska volna, Fe nanodelci] za remediacijo vode v reakcijski posodi v utekočinjenem stanju ob mešanju in vpihavanju zraka. Zhang (2009] v patentu opisuje pripravo nanodelcev nič-valentnega železa v obliki disperzije, kjer so delci stabilizirani s pomočjo derivatov iz predelave soje. Opisane so tudi možnosti uporabe te disperzije za remediacijo vod in zemljin. Salam in sodelavci (2014) so patentirali postopek priprave kompozitnega nanomateriala, ki zajema precipitacijo magnetnih NiFe204 nanodelcev in tudi postopek remediacije vode onesnažene z anilinom s pomočjo kompozitnih nanodelcev. Izum, ki zajema uporabo kompozitnih superparamagnetnih nanodelcev železovih oksidov za remediacijo vode, je patentiral tudi Stein (2009). Opisan je postopek priprave kompozitnih nanodelcev z modificirano površino in postopek remediacije vode, ki zajema mešanje kompozitnih nanodelcev z onesnaženo vodo in njihovo odstranjevanje z magnetom.

Postopek po izumu predstavlja celovito rešitev čiščenja odpadne komunalne vode iz gospodinjstev, ki je bila predhodno delno očiščena v MBČN, s kombinacijo redukcijskih in oksidacijskih procesov ter filtracije, da se doseže dopustne vrednosti parametrov, ki definirajo pitno vodo in jih ne poslabša iz okvira začetnih vrednosti, ki so že pod dopustnimi mejnimi vrednostmi. Namreč komunalna odpadna voda iz gospodinjstev ima glede na raziskave zelo redko presežene koncentracije težkih kovin in problematičnih organskih onesnažil, ki so določene za pitno vodo. Težke kovine v navedeni vodi, ki priteka na MBČN, in ki izteka iz MBČN, nikoli ne presegajo vrednosti, ki jih ne bi mogli znižati pod vrednosti za pitno vodo z uporabo naprave in postopka po izumu. V primerjavi z nekaterimi opisanimi metodami so pri pričujočem izumu uporabljena okolju prijazna kemijska sredstva. V primerjavi z večino konvencionalnih tehnologij čiščenja vode je pričujoči izum tudi energijsko bolj učinkovit.

Po izumu predviden postopek čiščenja oziroma remediacije vode iz MBČN predstavlja nadgradnjo procesov, ki jih omogoča prej opisana znana MBČN. Delno očiščena voda, ki izteka iz MBČN, se črpa v ločen sistem za remediacijo oziroma remediacijsko napravo.

Za potrebe te prijave je pomen izrazov reaktor, reakcijska posoda in reakcijski bazen ekvivalenten. Gre namreč za običajno uporabljane izraze, katerih uporaba je vezana predvsem na komponente remediacijske naprave, v kateri pa ne glede na njeno velikost poteka enak postopek remediacije, ki je predmet tega izuma.

Izum bo opisan v nadaljevanju in predstavljen na slikah, ki prikazujejo:

Slika 1 prikazuje zgornje mejne povprečne letne srednje vrednosti, ki jih mora MBČN dosegati

Slika 2 prikazuje shematski prikaz naprave po izumu

Slika 3 prikazuje odvisnost odstanjevanja mikrobiološkin onesnažil v odvisnosti od koncentracije nanodelcev nič-valentnega železa

Slika 4 prikazuje odvisnost števila bakterijskih enot od časa mešanja v koraku nanoremediacije

Slika 5 prikazuje graf koncentracije suspendiranega Fe po remediaciji v odvisnosti od dolžine časa usedanja

Slika 6 nanodelci nič-valentnega železa pod vrstičnim elektronskim mikroskopom Slika 7 prikazuje rentgensko praškovno difrakcijo nanodelcev nZVI

Voda pridobljena iz MBČN predstavlja izhodiščno substanco, namenjeno za nadaljnjo obdelavo s postopkom remediacije vode predvideno po izumu.

Komunalna odpadna voda iz gospodinjstev, ki je delno očiščena v MBČN za največ 200 populacijskih enot, ki je predvidena za sodelovanje z remediacijsko napravo po postopku remediacije po izumu, mora dosegati naslednji mejni vrednosti KPK in BPKs: KPK < 150 mg Oz /L, BPKs £ 30 mg 02 /L.

Najvišja še dopustna vrednost za parameter prevodnosti za vodo na iztoku iz MBČN je < 9000 pS/cm pri 20 °C.

Dopustne vrednosti anorganskih onesnažil za pitno vodo na iztoku iz MBČN presegajo parametri amonijev ion, nitrat, nitrit, sulfat, fosfat. Njihove najvišje vrednosti, ki jih lahko vsebuje voda na iztoku MBČN, ki je predvidena za sodelovanje z remediacijsko napravo po postopku remediacije, so naslednje: amonijev ion (NH4+) s 40 mg/L, nitrat (NO3 ) ^ 20 mg/L, nitrit (NO2 ) ^ 1,0 mg/L, sulfat (SO42) ^ 30 mg/L in fosfat (PO42'] ^ 10 mg/L.

Povprečne letne vsebnosti za zdravje potencialno nevarnih mikroorganizmov v vodi na iztoku iz MBČN, ki je predvidena za sodelovanje po postopku remediacije, so naslednje: Escherichia coli < 130000 MPN/100 mL, intestinalni enterokoki < 25000 MPN/100 mL, CIostridium perfringens < 850 CFU/100 mL in koliformne bakterije < 700000 MPN/100 mL. V vodi na iztoku iz MBČN, ki predstavlja osnovo postopka remediacije, so povprečne srednje letne vrednosti preseženih dopustnih parametrov za pitno vodo prikazane na Sl. 1 in so hkrati zgornje mejne povprečne letne srednje vrednosti, ki jih mora MBČN dosegati.

Postopek remediacije po izumu obsega naslednje faze: nanoremediacijo, čiščenje z oksidanti, ionsko izmenjavo in filtracijo.

Prva faza postopka remediacije je nanoremediacija s suspenzijo nanodelcev nič-valentnega železa {ang. nanoscale zero valent iron - nZVI]. V tej fazi se iz vode odstrani vsaj 98 % mikrobioloških onesnažil, tako da se seštevek mikrobioloških onesnažil Escherichia coli, intestinalni enterokoki, CIostridium perfringens in koliformne bakterije zniža na < 2000 enot. Posamezni nanodelci nZVI, ki se uporabijo v postopku, morajo imeti specifično površino vsaj 25 m2/g, njihova povprečna velikost pa ne sme presegati 80 nm. Specifična površina in velikost nanodelcev namreč v največji meri določata njihove remediacijske sposobnosti. Vodi iz iztoka MBČN se doda suspenzija nZVI, tako da je njihova koncentracija med > 0,25 in < 2 g/L, s čimer se doseže najboljši učinek čiščenja, še posebno dezinfekcije, kot je to prikazano na Sl. 3. Dezinfekcija je eden od pokazateljev učinkovitosti in mora dosegati vsaj 98 % odstranitev mikrobioloških onesnažil v vodi iz MBČN. Za nanoremediacijo se uporablja predpripravljena vodna suspenzija nZVI, v kateri masni delež nanodelcev znaša 20 %.

Dodatku suspenzije nanodelcev nZVI sledi mešanje, da se zagotovi popolna oksidacija nanodelcev nZVI, ki se kaže v spremembi barve suspenzije vode z dodanimi nZVI iz črne v rdeče-rjavo. Čas mešanja določen med > 6 in < 10 urami zagotavlja, da se seštevek mikrobioloških onesnažil Escherichia coli, intestinalni enterokoki, Clostridium perfringens in koliformne bakterije zniža na < 2000 enot, ki lahko ostanejo po nanoremediaciji oziroma da je doseženo > 98 % znižanje začetnih mikrobioloških onesnažil. Primarni namen nanoremediacije je znižanje koncentracije bakterij, zato so mikrobiološki parametri ključni podatek o primernosti izbrane koncentracije nZVI in časa mešanja za remediacijo izbrane vode. Čas je določen na podlagi najboljšega učinka dezinfekcije glede na čas mešanja po dodatku nZVI kot je prikazano na Sl. 4. V času mešanja se nanodelci nZVI pretvorijo v nereaktivne mikrometerske skupke železovih oksidov in hidroksidov. Po koncu mešanja sledi faza usedanja, ko se sprijeti mikrometrski skupki železovih oksidov in hidroksidov, t.j. ostankov nZVI, usedejo na dno bazena v obliki odpadnega sedimenta. Čas mirovanja oziroma usedanja mora biti > 3 ure in < 10 ur, da se doseže maksimalna prosojnost vode in odstranitev suspendiranih delcev z usedanjem. Usedanje zagotovi, da je koncentracija nZVI v delno remediirani vodi < 10 mg/L, kot je prikazano na Sl. 5. S tem je postopek nanoremediacije končan.

Nanodelci nZVI prikazani na Sl. 6 imajo značilno zgradbo jedra in oksidnih ovojev {ang. core - shell structureJ. Jedro delcev tvori kristalinična oblika elementarnega železa a-Fe (ang. body centered cubic crystal structure - bcc) oziroma nič-valentno železo Fe0, ki predstavlja reaktivno komponento. Ovoji so sestavljeni iz magnetita (Fe304) in amorfnih železovih hidroksidov, kar je razvidno iz analize rentgenske praškovne difrakcije na Sl. 7. Z napredovanjem pasivizacije delcev se zmanjšuje vsebnost reaktivne komponente Fe0 in povečuje vsebnost nereaktivnih železovih hidroksidov. Ker nič-valentno železo zagotavlja procese remediacije vode, morajo nanodelci vsebovati vsaj 80 mas. % reaktivne komponente Fe0. Vsebnost Fe0 v nanodelcih je mogoče dovolj natančno določiti z metodo emisije H2.

Ob stiku nZVI z vodo pride do reakcij oksidacije Fe0 v Fe2+, emisij plinastega vodika ter povečanja bazičnosti vode (reakcija (1)).

(1)

Nanodelci se med procesom remediacije oksidirajo in pretvarjajo v stabilne nereaktivne minerale. Nič-valentno železo se v vodi raztaplja in sprošča ione dvovalentnega železa Fe2+, kar omogoča remediacijo. Raztopljeno Fe2+ se nato oksidira v trivalentno Fe3+, ki se obori v obliki nereaktivnih mineralov, železovih hidroksidov (na primer FeO(OH](S)] mikro- in milimetrskih dimenzij. V Tabeli 1 so opisani nekateri mehanizmi remediacije izbranih anorganskih onesnažil, ki so pogosto prisotni v odpadni vodi, z nZVI.

Tabela 1.

Remediacija anorganskih onesnažil z nZVI poteka preko površinskih sorpcijskih procesov ter procesov korozije elementarnega železa. Slednja vodi v redukcijo kemijskih zvrsti z redoks potencialom višjim od potenciala Fe0 (reakciji (2) in (3)).

(E/, = -0,44 V) (2) (E* = 0,77 V) (3)

Za procese sorbcije anorganskih onesnažil je zelo pomembna velika specifična površina nanodelcev. Na njej so locirana številna prosta vezavna mesta, ki omogočajo močno specifično adsorbcijo in imobilizacijo kovinskih onesnažil. Onesnažila imobilizirana na površini nanodelcev se skupaj z njimi ločijo od remediirane vode z usedanjem.

Fentonove reakcije lahko v pogojih, ki jih opisuje pričujoči izum nastopijo preko več mehanizmov. Vodilni mehanizem je reakcija med kisikom (raztopljenim v vodi zaradi mešanja) in raztopljenimi Fe2+ ioni nZVI (Reakcije od (4) do (6)).

(4) (5) (6)

Superoksidni radikal 02-, ki vodi v nastanek vodikovega peroksida, potrebnega za Fentonove reakcije, se tvori tudi ob vezavi organskih spojin - ligandov na površinska adsorpcijska mesta železovih nanodelcev v obliki hidroksidov - =FeOH [reakcije od [7] do (9)).

[7) (8) (9)

Napredni oksidacijski procesi učinkovito znižujejo kemijsko potrebo po kisiku - KPK ter vsebnost celotnega organskega ogljika - TOC.

Reaktivne kisikove zvrsti, ki nastanejo pri Fentonovih reakcijah, omogočajo tudi dezinfekcijo vode preko kemijskih procesov. Med te procese spadajo peroksidacije lipidov, oksidacije proteinov ter poškodbe dednega materiala. Peroksidacija lipidov predstavlja mehanizem uničevanja celičnih membran preko verižnih procesov tvorbe radikalov. Oksidacija proteinov je proces oksidacije aminokislin, gradnikov beljakovin. Nanje vezani atomi železa lahko ob reakciji z reaktivnimi kisikovimi zvrstmi začnejo nove Fentonovim-podobne verižne reakcije. Oksidacija proteinov lahko privede do njihove pretvorbe v hidrofobne oblike zaradi navzkrižnih povezav. Poškodbe dednega materiala mikroorganizmov so posledica poškodb, ki jih povzroči oksidacija organskih baz in sladkorjev, ki tvorijo deoksiribonukleinsko kislino in ribonukleinsko kislino. Nanodelci, ki so adsorbirani na površino mikroorganizmov, lahko na ta način motijo delovanje membran in tako prodrejo v notranjost organizma. Tam z motnjami presnovnih procesov uničujejo mikroorganizme. Tovrstne poškodbe povzročijo odmrtje mikroorganizmov. Vodo na ta način dezinficiramo. Z nZVI lahko hkrati uničimo več vrst mikroorganizmov.

Poleg zgoraj naštetih kemijskih postopkov čiščenja omogočajo nanodelci nZVI tudi fizikalne procese čiščenja vode. Mednje sodijo predvsem procesi, ki so podobni flokulaciji. Omenjeni nZVI se zaradi površinskih elektrostatskih privlačnih sil, namreč magnetnih sil in van der Waalsovih sil, hitro aglomerirajo, oziroma vežejo nase organske delce z nasprotnim površinskim nabojem, npr. različne organske molekule, ione in celice mikroorganizmov. Nastali aglomerati mikrometrskih dimenzij potonejo na dno reakcijskega bazena in se ločijo od preostale delno očiščene vode.

Najpomembnejše prednosti nZVI pred konkurenčnimi kemijskimi sredstvi za dezinfekcijo, flokulacijo ali remediacijo vode so sledeče: - ne tvorijo škodljivih stranskih produktov in potencialno škodljivih spojin, - železo je z okoljskega vidika nenevarno, odpadno blato iz postopka nanoremediacije je nereaktivno ter neškodljivo in ga je mogoče reciklirati, - z disperzijo nanodelcev je relativno preprosto rokovati, njeno vsebnost v vodi je mogoče slediti, - izrabljene nanodelce je lahko ločiti od remediirane vode, saj se aglomerirajo v delce mikrometrskih dimenzij in potonejo na dno, raztopljeno železo pa se obori in hkrati potone na dno, - procesi nanoremediacije ne potrebujejo dodatne energije.

Drugi korak v postopku remediacije vode po izumu predstavlja čiščenje z raztopino oksidantov na osnovi hipoklorne kisline ali soli železa v šest valentni obliki (ferata). Ta stopnja remediacije je namenjena oksidativnemu razkroju organskih onesnažil, dezinfekciji ter koagulaciji suspendiranih onesnažil. Vir hipoklorne kisline je raztopina natrijevega dikloroizocianourata NaCl2(NCO)3 v koncentraciji > 4 mg/L in < 14 mg/L, vir šestvalentnega železa je kalijev ferat K2Fe04 v koncentraciji > 25 mg/L in < 50 mg/L. Koncentracija dodanih oksidantov zagotavlja, da je seštevek vseh mikrobioloških onesnažil Escherichia coli, intestinalni enterokoki, Clostridium perfringens in koliformne bakterije po končanem drugem koraku enak 0.

Vir hipoklorita oziroma prostega klora za potrebe remediacije vode najpogosteje predstavlja natrijev hipoklorit NaOCl ali natrijev dikloroizocianourat NaCbfNCOjs. Tako kot iz hipoklorita tudi iz dikloroizocianourata v vodnem mediju nastane hipoklorna kislina, ki deluje protimikrobno. Kalijev ferat je za remediacijo vode zelo primeren zaradi oksidacijske moči ter tvorbe neškodljivih stranskih produktov, namreč železovih hidroksidov. Remediacija vode s feratom zajema naslednje procese: oksidacijo organskih onesnažil, koagulacijo, adsorpcijo težkih kovin in dezinfekcijo. Z oksidacijo organske snovi lahko tovrstna onesnažila skoraj popolnoma mineralizira, kar omogoča tako dezinfekcijo z razgradnjo organskih gradnikov mikroorganizmov kot tudi znižanje vrednosti parametrov kemijske in biološke potrebe po kisiku. Razgradnjo organske snovi s pomočjo ferata je mogoče opisati z mehanizmi naprednih oksidacijskih procesov. Pri tem prihaja do eliminacije vodikovih vezi, tvorbe radikalov ter prehodov enega ali dveh elektronov za redukcijo železa.

Proces koagulacije s pomočjo ferata je posledica obarjanja raztopljenega železa v obliki železovih hidroksidov. Po redukciji Fe042' v Fe3+ se namreč slednji hitro obori na površini suspendiranih delcev kar sproži usedanje slednjih in omogoča ločevanje od vode.

Delno očiščena voda iz procesa oksidacije se začne najmanj eno uro po dodatku oksidanta prečrpavati čez sistem ionskih izmenjevalcev, kjer poteka čiščenje z ionsko izmenjavo, čemur sledi filtriranje predhodno z ionsko izmenjavo obdelane vode preko filtrov aktivnega oglja. Ti dve fazi remediacije omogočata izboljšanje kvalitete vode s procesi odstranjevanja preostalih raztopljenih onesnažil in filtracije finih suspendiranih delcev.

Glede na kvaliteto vode, ki priteka iz sistemov nanoremediacije in oksidacije lahko uporabimo več vrst smol za ionsko izmenjavo, ki jih v grobem delimo na močne in šibke kislinske kationske smole ter močne in šibke bazične anionske smole. Njihov namen je, da znižajo koncentracije sledečih ionov in spojin, ki po procesu oksidacije Še lahko presegajo navedene mejne vrednosti: amonijev ion (NH4+) < 0,5 mg/L, nitrat (ΝΟ3] š 50 mg/L, nitrit (NO2) £ 0,5 mg/L, sulfat (S042) S 250 mg/L, klorid (Cl) < 250 in Fe < 200 μ g/L-

Močne kislinske kationske smole vsebujejo sulfonsko (HSO) funkcionalno skupino, lahko relativno hitro izmenjujejo večino kationov. Šibke kislinske kationske smole vsebujejo karboksilne COOH funkcionalne skupine in najučinkoviteje odstranjujejo katione Ca2+, Mg2+, K+ in Na+.

Močno bazične anionske smole vsebujejo amonijeve funkcionalne skupine za izmenjavo vseh vrst anorganskih kislin (H2SO4, HC1, H2S1O3, H3BO3, ...) ter nitrata in nitrita pri različnih vrednostih pH. Šibke bazične anionske smole imajo slabše sposobnosti ionske izmenjave, še posebno pri pH vrednostih nad 6.

Porozne smole za ionsko izmenjavo so podvržene mašenju in preraščanju s prevlekami organske snovi, železovih hidroksidov, kalcijevega sulfata, mikroorganizmov ter maščob, kar zmanjšuje njihovo učinkovitost. V pričujočem postopku remediacije so vsa našteta onesnažila večinoma odstranjena že v predhodnih korakih nanoremediacije in oksidacije.

Kot ionski izmenjevalci se prednostno uporabljajo granule organskih smol oziroma sintetičnih polimerov z visoko molekulsko maso, npr. na primer stiren-divinilbenzen, ki imajo na svoji površini veliko število funkcionalnih izmenjalnih mest. Na slednje imajo nespecifično vezane ione, ki se izmenjujejo z ioni z enakim nabojem v vodnem mediju. Količino ionov, ki se lahko vežejo na površini, določa število izmenljivih mest v določeni količini smole. V procesu remediacije vode se kationi onesnažil, ki so raztopljeni v vodi, na površini smol izmenjujejo s kationi vodika (H+), medtem, ko se anioni onesnažil izmenjujejo s hidroksilnimi anioni (OH ).

Prednostno se kot kationski izmenjevalec uporabijo zeoliti. Uporaba zeolitov za namene remediacije vode je podobna kot v primeru kationskih izmenjevalnih smol. Kristalna rešetka zeolitov ustvarja mrežo povezanih kanalov - porozno strukturo, velikosti približno 0,4 do 0,7 nm. Pri procesu remediacije vanje difundira voda z raztopljenimi onesnažili. Kationi onesnažil se nespecifično adsorbirajo na prosta adsorpcijska mesta ali pa se izmenjajo z ioni Na+, K+, Ca2+ ali Mg2+. Ob tem zeoliti kažejo sposobnost selektivne adsorpcije oziroma večjo afiniteto za odstranjevanje določenih kationov (na primer zelo pogost zeolitni mineral klinoptilolit adsorbira naslednje katione s padajočo afiniteto: Pb2+ > Cd2+ > Cu2+ > Zn2+ > Ni2+ > Hg2+). Učinkovitost adsorpcije je močno povezana s pH vrednostjo vode, saj pri nizkih pH vrednostih poteče protoniranje prostih adsorpcijskih mest in katione onesnažil nadomešča H+. Za sistem čiščenja vode so najprimernejši zeolitni tufi z visoko vsebnostjo zeolitov, ki so zdrobljeni v obliki zrn velikosti nekaj milimetrov (peščena frakcija). Ko so izmenjalna mesta v zeolitih nasičena s kationi onesnažil, je slednje mogoče regenerirati na podoben način kot sintetične ionske izmenjalce.

Za potrebe remediacije vode se uporablja aktivno oglje v različnih oblikah: a) granulirano aktivno oglje v obliki delcev velikosti med 0,2 do 5 mm, b) aktivno oglje v prahu, kjer so delci manjši od 0,18 mm, c) peleti aktivnega oglja različnih velikosti ali d) tkanine z vlakni, ki vsebujejo aktivno oglje.

Glavni mehanizem remediacije vode s pomočjo aktivnega oglja je adsorpcija onesnažil iz vode na veliki specifični površini delcev oglja in v porah velikosti od 10 do 1000 A. Aktivno oglje je primerno za odstranjevanje organskih ter nekaterih anorganskih snovi iz vode. Na splošno pa je aktivno oglje uporabno za odstranjevanje onesnažil, ki imajo visoko molekulsko maso, molekule z velikim številom funkcionalnih skupin, dvojnih/trojnih vezi ali vezanih halogenih elementov ter močno polarne molekule. Počasnejši pretok vode skozi filter aktivnega oglja omogoča učinkovitejše odstranjevanje onesnažil. Predhodne stopnje čiščenja morajo učinkovito odstraniti vse vrste škodljivih mikroorganizmov. V nasprotnem primeru se lahko slednji naselijo v pore aktivnega oglja, ki postanejo idealno gojišče za njihov rast in kasnejšo kontaminacijo vode.

Po končanih stopnjah remediacije je voda očiščena do stopnje, ki je primerna za pitje, in dosega naslednje dopustne vrednosti anorganskih onesnažil, organskih onesnažil, mikrobioloških onesnažil in fizikalnokemijskih parametrov za pitno vodo: vrednosti anorganskih onesnažil: amonijev ion (NH4+) £ 0,5 mg/L, nitrat (NO3') £ 50 mg/L, nitrit (NO2') ^ 0,5 mg/L, sulfat (SO42) S 250 mg/L, klorid (Cl ) < 250 mg/L, Sb < 5 μg/L, As < 10 ^g/L, Cu < 2 mg/L, B < 1 mg/L, Cd ž 5 ^g/L, Cr < 50 ^g/L, Ni < 20 ^g/L, Se < 10 ^g/L, Pb S 10 μg/L, Hg S 1 μg/L, Al S 200 μg/L, Mn < 50 μg/L, Na < 200 mg/L, Fe S 200 μg/L; vrednosti organskih onesnažil: 1,2-Dikloroetan < 0,0004 mg/L, Heksaklorobenzen < 0,00001 mg/L, Heksaklorocikloheksan < 0,0001 mg/L, Lindan < 0,00001 mg/L, Endosulfan < 0,0001 mg/L, Aldrin < 0,00001 mg/L, Dieldrin < 0,00001 mg/L, Endrin < 0,00001 mg/L, Heptaklor < 0,00001 mg/L, Heptaklor epoksid cis < 0,00001 mg/L, Isodrin < 0,00001 mg/L, Pentaklorobenzen < 0,00001 mg/L, DDT (vsota ο,ρ'-DDE, p,p’-DDE, ο,ρ'-DDT, ρ,ρ'-DDT, ο,ρ'-TDE in ρ,ρ'-TDE) < 0,0001 mg/L, DDT (p,p) < 0,00001 mg/L, Dikofol < 0,00001 mg/L, Pentakloronitrobenzen < 0,00001 mg/L, Teknazen < 0,00001 mg/L, Alaklor < 0,000002 mg/L, Atrazin < 0,000002 mg/L, Klorfenvin < 0,0000007 mg/L, Klorpirifo-etil < 0,0000007 mg/L, Pendimetalin < 0,0000003 mg/L, Simazin < 0,000003 mg/L, Trifluralin < 0,0001 mg/L, S-metolaklor < 0,000003 mg/L, Terbutilazin < 0,000004 mg/L, vsota pesticidov fenilurea, bromacila, metribuzina < 0,0001 mg/L, Izoproturon < 0,000002 mg/L, Diuron < 0,000002 mg/L, Klorotoluron < 0,000003 mg/L; vrednosti mikrobioloških onesnažil: Escherichia coli 0 MPN/100 mL, intestinalni enterokoki 0 MPN/100 mL, CIostridium perfringens 0 CFU/100 mL in koliformne bakterije 0 MPN/100 mL; prevodnost očiščene vode merjena pri 20 °C je < 2500 pS/cm, parameter KPK je < 5 mg O2 /L in je voda brez vonja, barve in okusa, bistra in se ne peni.

Izum se nanaša tudi na remediacijsko napravo, ki je prikazana na sliki 2.

Remediacijska naprava, ki je prikazana na Sl. 2, in ki je predvidena za izvajanje omenjenega postopka remediacije vode po izumu, je priključljiva na izstopno cev male biološke čistilne naprave (MBČN). Po izumu je predvideno, da remediacijska naprava sestoji iz enote za nanoremediacijo 2, enote za oksidacijo 3 ter enote za ionsko izmenjavo in filtracijo 4, ki so prikazane na Sl. 2.

Enota za nanoremediacijo 2 obsega: i) v obliki posode zasnovan reakcijski bazen oziroma reaktor 21 s konkavno zasnovanim dnom 22, v območju katerega je v najnižje ležečem območju predvidena izstopna odprtina 23; ii) dovodno cev 24 z elektronsko krmiljeni ventilom 215, ki je na eni strani hidravlično povezljiva z omenjeno izstopno cevjo vsakokrat razpoložljive MBČN in na drugi strani poteka v notranjost omenjenega reaktorja 21; iii) odvodno cev 25, katere izven reaktorja 21 razporejeni konec je hidravlično povezan z enoto za oksidacijo 3, medtem ko je njen, v notranjosti reaktorja 21 razporejeni konec, hidravlično povezan s črpalko 26 za odvajanje delno očiščene vode iz reaktorja 21, ki je razporejena na odmiku od dna 22 reaktorja 21 nad odprtino 23 v dnu 22; iv) izven reaktorja 21 razporejen zbiralnik 27 za goščo, ki vsebuje nanodelce nZVI z na sebi vezanimi onesnažili, ki je preko voda 28, v katerem je vgrajena črpalka 29, hidravlično povezan z izstopno odprtino 23 v dnu 22 reaktorja 21; v) v notranjosti reaktorja 21 na odmiku od njegovega dna 22 razporejeno mešalo 210; kot tudi vi) vsebnik 211 za shranjevanje suspenzije nanodelcev nZVI, ki je opremljen z mešalom 212 in je hlajen, in preko voda 213, v katerem je vgrajena črpalka 214, hidravlično povezan z notranjostjo reaktorja 21.

Enota za oksidacijo 3 obsega: i) v obliki posode zasnovan reakcijski bazen oziroma reaktor 31; ii) dovodno cev 32, ki je hidravlično povezana z odvodno cevjo 25 enote 2 za nanoremediacijo; iii) odvodno cev 33, katere en konec sega v notranjost reaktorja 31, preostali konec pa sega izven reaktorja 31; iv) izven reaktorja 31 razporejen vsebnik 34 za shranjevanje raztopine oksidantov, ki je preko voda 35, v katerem je vgrajena črpalka 36, hidravlično povezan z notranjostjo reaktorja 31.

Enota za ionsko izmenjavo in filtracijo 4 obsega: i) ionski izmenjevalec 41 in v obliki posode zasnovan sklop 42 za filtracijo; ii) ionski izmenjevalec 41 vključuje plast kationskega izmenjevalca 43 in plast anionskega izmenjevalca 44, in je ionski izmenjevalec 41 na eni strani preko dovodne cevi 45, v kateri je vgrajena črpalka 46, in ki se glede na omenjeni plasti 43 in 44 nahaja na enem njegovem koncu, hidravlično povezan z odvodno cevjo 33 enote za oksidacijo 3, na drugi strani pa je preko odvodne cevi 47, ki je glede na omenjeni plasti 43 in 44 razporejena na njegovem nasprotnem koncu, hidravlično povezan s sklopom za filtracijo 42; iii) sklop za filtracijo 42 vključuje posodo, v kateri je nameščeno aktivno oglje 48, in ki je na enem koncu preko odvodne cevi 47 hidravlično povezana z ionskim izmenjevalcem 41, na drugem koncu pa opremljena z izstopno cevjo 49 za vzpostavitev hidravlične povezave remediacijske naprave z vsakokrat razpoložljivim vodovodnim sistemom, pri čemer sklop za filtracijo 42 vključuje vsaj eno plast granuliranega aktivnega oglja 48.

Kot je bilo omenjeno, v postopku remediacije vode proces nanoremediacije poteka v reaktorju 21. Vanj se prečrpava voda, ki izteka iz male biološke čistilne naprave MBČN. Dotok delno očiščene vode iz biološke čistilne naprave (MBČN) je ustrezno krmiljen tako, da omogoča polnjenje prvega reakcijskega bazena 21 s točno določeno količino vode v točno določenih intervalih. Ko se prvi reakcijski bazen 21 napolni, se dotok vode skozi dovodno cev 24 ustavi s pomočjo elektronsko krmiljenega ventila 215, nato se prične proces nanoremediacije. Po koncu nanoremediacije se reakcijski bazen 2 izprazni in lahko se prične nov cikel njegovega polnjenja in nanoremediacije. Dozirni sistem za suspenzijo nanodelcev nZVI sestavljajo vsebnik za suspenzijo nZVI 211 z mešalom 212, črpalka 214 in vod 213, ki je povezan s prvim reaktorjem 21. Da se ji zagotovi rok uporabnosti vsaj 30 dni, mora biti hranjena na temperaturi 4 - 8 °C. Vsebnik za suspenzijo nZVI 211 mora biti odporen proti alkalijam, kajti pH suspenzije je večji od 10, in nepredušno zaprt, da se ohranja redukcijska atmosfera oziroma pogoji, ki omogočajo njeno stabilnost ter preprečujejo pasivizacijo nanodelcev. Poleg tega mora imeti vgrajeno mešalo 212, ki se vključi tik pred doziranjem suspenzije, da se doseže čim bolj enakomerno dispergiranost nZVI. Dozirni sistem je krmiljen tako, da prečrpa vnaprej določeno količino suspenzije iz vsebnika 211 v reaktor 21, ko je ta napolnjen z določeno količino vode, dovedene preko izstopne cevi male biološke čistilne naprave (MBČN) preko dovodne cevi 24, ki se odpira z elektronsko krmiljenim ventilom 215.

Prvi reakcijski bazen 21 je opremljen s potopnim mešalom 210, ki je krmiljeno tako, da se aktivira takoj po dodatku suspenzije nanodelcev nZVI. Mešalo 210 ustvari homogeno razporeditev nanodelcev. Črpalka 26, ki je nameščena na odmiku od dna 22 reaktorja 21, namreč nad predvidenim najvišjim nivojem sedimenta, je namenjena temu, da iz reaktorja 21 prečrpa vodo v drugi reaktor 31. Krmiljena je tako, da se aktivira po koncu predvidenega obdobja usedanja in celotno količino delno remediirane vode prečrpa v drugi reaktor 31.

Sistem odvajanja odpadnega sedimenta iz procesa nanoremediacije predstavlja črpalka 29, ki omogoča črpanje židke gošče iz prvega reaktorja 21 v zbiralnik 27. Odvajanje sedimenta se aktivira potem, ko je iz prvega reaktorja 21 po zaključenem procesu nanoremediacije že izčrpana delno remediirana voda.

Drugi reaktor 31 je namenjen remediaciji vode z oksidanti. Točno določena količina raztopine natrijevega dikloroizocianourata ali kalijevega ferata se avtomatsko doda točno določeni količini vode. Zaradi njenih higroskopnih lastnosti pa mora biti kalijev ferat zavarovan pred zračno vlago. Temu sledi ena ura mirovanja, kar je najmanjši čas, ki še omogoča učinkovito oksidacijo. Vodo, očiščeno v tem koraku postopka, se nato prečrpana v zadnjo stopnjo sistema remediacije.

Delno prečiščena voda se prične prečrpavati skozi ionski izmenjevalec in ogleni filter po končanem procesu remediacije z oksidanti. Pri tem se najprej vključi tlačna črpalka 46, ki omogoča prečrpavanje vode iz drugega reaktorja 31. Hkrati ta črpalka 46 zagotavlja enakomeren pretok skozi posodo 41 z ionskimi izmenjevalci 43, 44 in posodo 42 z granuliranim aktivnim ogljem 48, kjer lahko zaradi padca tlaka pride do zaustavitve pretoka.

Enoto za ionsko izmenjavo sestavlja ionski izmenjevalec 41, kjer so v več plasteh različni kationski izmenjevalci 43 in anionski izmenjevalci 44. Ti so načeloma lahko postavljeni tudi v dveh zaporedno povezanih ločenih kolonah za ločeno odstranjevanje kationov in anionov. Za odstranjevanje nekaterih kationov onesnažil se lahko kot cenejši in bolj učinkoviti od umetnih ionskih izmenjevalnih smol uporabijo zeoliti, naravni ionski izmenjevalci.

Parametri, ki jih je potrebno upoštevati tekom procesa ionske izmenjave so prevodnost vode na dotoku (merilo prisotnosti raztopljenih onesnažil v vodi), celotni pretok, padec tlaka skozi izmenjalno kolono, vsebnost snovi, ki lahko vplivajo na delovanje smol (organska snov in natrij, spremembe pH,...). Učinkovitost ionske izmenjave je potrebno redno spremljati z namenom ugotavljanja stopnje nasičenosti ionskega izmenjevalca in določitve pričetka njegove regeneracije.

Najučinkovitejša uporaba ionskih izmenjevalcev je v obliki kolon, kar je predvideno tudi v postopku in napravi po izumu. V kolonah so fiksirani kot plasti, skozi katere se preceja voda. Kolona vsebuje podporni sistem za plasti ionskih izmenjevalcev, prostor za redistribucijo granul ob regeneraciji, šobe za enakomerno razporeditev dotoka vode ali reagentov za regeneracijo ter ločeno napeljavo za pretok vode in reagentov za regeneracijo.

Ionski izmenjavi sledi filtracija z aktivnim ogljem. V primeru, da je padec tlaka v ionskem izmenjevalcu 41 prevelik, je potrebno enoto za filtracijo 42 z aktivnimi ogljem namestiti tlačno črpalko, ki omogoča optimalen pretok.

Pri načrtovanju sistem filtracije z aktivnim ogljem je potrebno upoštevati naslednje parametre in spremenljivke: 1) procesni pogoji (koncentracija ciljnih onesnažil, temperatura, pH, hitrost pretoka, padec tlaka), 2) karakteristike onesnažil (relativna molekulska masa, topnost, koncentracija glede na mejne vrednosti, polarnost molekul, temperaturne spremembe) in 3) izbira primernega aktivnega oglja (adsorpcijska izoterma oziroma kapaciteta, optimalna aktivnost, cena in možnost toplotne regeneracije).

Pričujoči izum torej rešuje uvodoma zastavljen problem remediacije vode, namreč čiščenje komunalne odpadne vode iz gospodinjstev, ki je predhodno deloma očiščena s pomočjo male biološke čistilne naprave (MBČN), tako da voda dosega ustrezno kvaliteto za pitje. Izum pa vključuje tudi zaprto povratno zanko ali vodovod za vračanje očiščene vode porabnikom z namenom njene ponovne uporabe. S postopkom po izumu očiščena voda se lahko uporablja v različne namene, še zlasti na primer za potrebe gašenja požarov, urejanje javnih površin in zalivanje. S tem se bo zmanjšala poraba naravnih virov.

Claims (11)

1. Patentni zahtevki

   1. Remediacijska naprava za remediacijo vod iz malih bioloških čistilnih naprav, ki je priključljiva na izstopno cev male biološke čistilne naprave in s povratno zanko priključljiva na sekundarni vodovod do porabnikov, označena s tem, da sestoji iz enote za nanoremediacijo (2), enote za oksidacijo [3) ter enote za ionsko izmenjavo in filtracijo (4), pri čemer - enota za nanoremediacijo (2) obsega: i) v obliki posode zasnovan reaktor (21) s konkavno zasnovanim dnom (22), v območju katerega je v najnižje ležečem območju predvidena izstopna odprtina (23); ii) dovodno cev (24) z elektronsko krmiljenim ventilom (215), ki je po eni strani hidravlično povezljiva z izstopno cevjo vsakokrat razpoložljive biološke čistilne naprave in po drugi strani poteka v notranjost reaktorja (21); iii) odvodno cev (25), katere izven reaktorja (21) razporejeni konec je hidravlično povezan z enoto za oksidacijo (3), medtem ko je njen v notranjosti reaktorja (21) razporejeni konec hidravlično povezan s črpalko (26) za odvajanje delno očiščene vode iz reaktorja (21), ki je razporejena na odmiku od dna (22) reaktorja (21) nad izstopno odprtino (23) v dnu (22); iv) izven reaktorja (21) razporejen zbiralnik (27) za goščo, ki je preko voda (28), v katerem je vgrajena črpalka (29), hidravlično povezan z izstopno odprtino (23) v dnu (22) reaktorja (21); v) v notranjosti reaktorja (21) na odmiku od njegovega dna (22) razporejeno mešalo (210); kot tudi vi) vsebnik (211) za shranjevanje suspenzije nanodelcev nZVI, ki je po eni strani opremljen z mešalom (212) in po drugi strani preko voda (213), v katerem je vgrajena črpalka (214), hidravlično povezan z notranjostjo reaktorja 21; - enota za oksidacijo (3) obsega: i) v obliki posode zasnovan reaktor (31); ii) dovodno cev (32), ki je hidravlično povezana z odvodno cevjo (25) enote za nanoremediacijo (2); iii) odvodno cev (33), katere en konec sega v notranjost reaktorja (31), preostali konec pa sega izven reaktorja (31); iv) izven reaktorja (31) razporejen vsebnik (34) za shranjevanje raztopine oksidantov, ki je preko voda (35), v katerem je vgrajena črpalka (36), hidravlično povezan z notranjostjo reaktorja (31); - enota za ionsko izmenjavo in filtracijo (4) obsega: i) ionski izmenjevalec (41) in v obliki posode zasnovan sklop za filtracijo (42); ii) pri čemer ionski izmenjevalec (41) vključuje plast kationskega izmenjevalca (43) in plast anionskega izmenjevalca (44), ionski izmenjevalec (41) je po eni strani preko dovodne cevi (45), v kateri je vgrajena črpalka (46), in ki se glede na omenjeni plasti (43) in (44) nahaja na enem njegovem koncu, hidravlično povezan z odvodno cevjo (33) enote za oksidacijo (3), po drugi strani pa je preko odvodne cevi (47), ki je glede na plasti (43) in (44) razporejena na njegovem nasprotnem koncu, hidravlično povezan s sklopom za filtracijo (42); iii) in pri čemer sklop za filtracijo (42) vključuje posodo, v kateri je nameščeno aktivno oglje (48) in ki je na enem koncu preko odvodne cevi (47) hidravlično povezana z ionskim izmenjevalcem (41), na drugem koncu pa opremljena z izstopno cevjo (49) za vzpostavitev hidravlične povezave naprave za remediacijo vode z vsakokrat razpoložljivim vodovodnim sistemom, pri čemer sklop za filtracijo (42) vključuje vsaj eno plast granuliranega aktivnega oglja (48).
2. 2. Remediacijska naprava po zahtevku 1, označena s tem, da plast kationskega izmenjevalca (43) tvorijo zeoliti.
3. 3. Remediacijska naprava po zahtevku 1 in 2, označena s tem, da je vsebnik (211) za suspenzijo nanodelcev nZVI odporen proti alkalijam in nepredušno zaprt, hlajen, da se ohranja redukcijska atmosfera, ki zagotavlja stabilnost suspenzije nanodelcev nZVI ter se preprečuje pasivizacija nanodelcev.
4. 4. Postopek za remediacijo vod iz malih bioloških čistilnih naprav, pri čemer predhodno delno očiščena komunalna voda iz malih bioloških čistilnih naprav vsebuje najvišje dopustne vrednosti anorganskih onesnažil: amonijev ion (NH4+) < 40 mg/L, nitrat (ΝΟ3] s 20 mg/L, nitrit (ΝΟ2] ž 1,0 mg/L, sulfat (SO42) ^ 30 mg/L, fosfat (PO42'] s 10 mg/L; najvišje povprečne letne vsebnosti mikroorganizmov: Escherichia coli < 130000 MPN/100 mL, intestinalni enterokoki < 25000 MPN/100 mL, Clostridium perfringens < 850 CFU/100 mL, koliformne bakterije < 700000 MPN/100 mL; kemijska potreba po kisiku znaša < 150 mg O2 /L, biokemijska potreba po kisiku znaša < 30 mg O2 /L: prevodnost merjena pri 20 °C znaša < 9000 pS/cm, označen s tem, da postopek vključuje naslednje korake: i] nanoremediacijo, kjer se v vodo, dovedeno neposredno iz male biološke čistilne naprave v reaktor (21], doda suspenzija nanodelcev nič-valentnega železa nZVI, čemur sledi mešanje in zatem usedanje gošče, ki vsebuje nanodelce nZVI z vezanimi anorganskimi, organskimi in mikrobiološkimi onesnažili, pri čemer se gošča loči od vode in odvede v zbiralnik (27], delno oščiščena voda se vodi v reaktor (31]; ii] čiščenje z oksidanti, kjer se delno očiščeni vodi iz koraka i], ki se vodi v reaktor (31], doda vsaj en oksidant in se voda zadrži v reaktorju (31] določen čas, pri čemer se preostala organska onesnažila oksidativno razkrojijo, suspenedirana onesnažila koagulirajo, voda se dezinficira, tako da je seštevek vseh mikrobioloških onesnažil Escherichia coli, intestinalni enterokoki, Clostridium perfringens in koliformne bakterije enak 0; iii] čiščenje vode iz koraka ii] z ionsko izmenjavo, pri čemer se voda vodi skozi vsaj eno plast kationskega izmenjevalca (43] in skozi vsaj eno plast anionskega izmenjevalca (44]; in iv] filtriranje predhodno z ionsko izmenjavo obdelane vode, ki se vrši s pretakanjem skozi vsaj eno plast aktivnega oglja (48], ki vključuje granulirano aktivno oglje, pri čemer se v koraku iii] in koraku iv] iz vode odstrani še preostala raztopljena onesnažila in fine suspendirane delce.
5. 5. Postopek po zahtevku 4, označen s tem, da je koncentracija nanodelcev nZVI v vodi > 0,25 in < 2 g/L, posamezni nanodelci nZVI imajo specifično površino vsaj 25 m2/g, njihova povprečna velikost pa ne presega 80 nm.
6. 6. Postopek po zahtevku 4, označen s tem, da masni delež nanodelcev nZVI v suspenziji, uporabljeni v koraku i) nanoremediacije, znaša 20 % in nanodelci vsebujejo vsaj 80 mas. % reaktivne komponente Fe0.
7. 7. Postopek po zahtevku 4, označen s tem, da se v koraku i) nanoremediacije mešanje vrši v trajanju > 6 in < 10 ur, temu sledeče usedanje pa v trajanju > 3 in < 10 ur. \
8. 8. Postopek po zahtevku 4, označen s tem, da je oksidant v koraku ii) raztopina natrijevega dikloroizocianourata CsChNsNaCh, katerega koncentracija v vodi znaša > 4 in < 14 mg/L ali sol kalijevega ferata feFeCH, katerega koncentracija v vodi znaša > 25 mg/L in < 50 mg/L.
9. 9. Postopek po zahtevku 4, označen s tem, da se v koraku ii) čiščenja z oksidanti vodo po dodajanju oksidanta v reaktorju (31) zadržuje najmanj 1 uro.
10. 10. Postopek po zahtevku 4, označen s tem, da se v koraku iii) čiščenja z ionsko izmenjavo kot kationski izmenjevalec (43) uporabi zeolit.
11. 11. Postopek po zahtevkih od 4 - 10, označen s tem, da očiščena voda dosega naslednje dopustne vrednosti anorganskih onesnažil, organskih onesnažil, mikrobioloških onesnažil in fizikalnokemijskih parametrov za pitno vodo: vrednosti anorganskih onesnažil: amonijev ion (NH4+) ^ 0,5 mg/L, nitrat (NO3 ) < 50 mg/L, nitrit (NO2 ) ž 0,5 mg/L, sulfat (SO42') ž 250 mg/L, klorid (Cl ) < 250 mg/L, Sb < 5 ^g/L, As ž 10 jUg/L, Cu < 2 mg/L, B < 1 mg/L, Cd < 5 jug/L, Cr < 50 ^g/L, Ni < 20 μg/L, Se < 10 ^g/L, Pb < 10 ^g/L, Hg < 1 μg/L, Al š 200 μg/L, Mn < 50 μg/L, Na < 200 mg/L, Fe < 200 μg/L; vrednosti organskih onesnažil: 1,2-Dikloroetan < 0,0004 mg/L, Heksaklorobenzen < 0,00001 mg/L, Heksaklorocikloheksan < 0,0001 mg/L, Lindan < 0,00001 mg/L, Endosulfan < 0,0001 mg/L, Aldrin < 0,00001 mg/L, Dieldrin < 0,00001 mg/L, Endrin < 0,00001 mg/L, Heptaklor < 0,00001 mg/L, Heptaklor epoksid cis < 0,00001 mg/L, Isodrin < 0,00001 mg/L, Pentaklorobenzen < 0,00001 mg/L, DDT (vsota ο,ρ'-DDE, p,p’-DDE, o,p'-DDT, ρ,ρ'-DDT, ο,ρ'-TDE in ρ,ρ'-TDE) < 0,0001 mg/L, DDT (p,p) < 0,00001 mg/L, Dikofol < 0,00001 mg/L, Pentakloronitrobenzen < 0,00001 mg/L, Teknazen < 0,00001 mg/L, Alaklor < 0,000002 mg/L, Atrazin < 0,000002 mg/L, Klorfenvin < 0,0000007 mg/L, Klorpirifo-etil < 0,0000007 mg/L, Pendimetalin < 0,0000003 mg/L, Simazin < 0,000003 mg/L, Trifluralin < 0,0001 mg/L, S-metolaklor < 0,000003 mg/L, Terbutilazin < 0,000004 mg/L, vsota pesticidov fenilurea, bromacila, metribuzina < 0,0001 mg/L, Izoproturon < 0,000002 mg/L, Diuron < 0,000002 mg/L, Klorotoluron < 0,000003 mg/L; vrednosti mikrobioloških onesnažil: Escherichia coli 0 MPN/100 mL, intestinalni enterokoki 0 MPN)/100 mL, Clostridium perfringens 0 CFU/100 mL in koliformne bakterije 0 MPN/100 mL; prevodnost očiščene vode merjena pri 20 °C je < 2500 pS/cm, parameter KPK je < 5 mg O2 /L in je voda brez vonja, barve in okusa, bistra in se ne peni.