Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection

8/14/2019 Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection

1/108


2/108

- 2 -

2.4.3.3. Izdvajanje isparljivih komponenata pomou vodene

pare............................................................................55

2.4.3.4. Ekstrakcija..................................................................57

2.4.3.5. Aeracija......................................................................60

2.4.4. Procesi adsorpcije, neutralizacije, mutacionog filtriranja,

flotacije i biolokog preiavanja pri tretmanu otpadnih voda..62

2.4.4.1. Adsorpcija..................................................................62

2.4.4.2. Neutralizacija..............................................................71

2.4.4.3. Flotacija......................................................................73

2.4.4.4. Bioloko preiavanje...............................................76

2.4.5. Prerada produkata iz procesa preiavanja voda....................80

3. Otpad..............................................................................................................85

3.1. Masa otpada.........................................................................................85

3.2. Karakteristike otpada............................................................................87

3.3. Vrste procesa i postrojenja za uklanjanje otpada.................................97

3.3.1. Bioloki postupci prerade otpada...............................................97

3.3.2. Termiki postupci prerade otpada...........................................101

3.3.2.1. Sagorevanje vrstog otpada....................................101

3.3.2.1.1. Istorijat i osnovne karakteristike procesa

sagorevanja otpada...................................102

3.3.2.1.2. Emisija zagaujuih materija iz postrojenja

za sagorevanje otpada..............................108

3.3.2.2. Piroliza vrstog otpada.............................................109

3.3.2.3. Gasifikacija vrstog otpada......................................111


3/108

- 3 -

1. UVODNA RAZMATRANJA, USLOVI NASTAJANJA, VRSTE,

OSOBINE I IZVORI ZAGAUJUIH KOMPONENTI

Razvoj privredne delatnosti jedne zemlje uzrokuje emitovanje zagaujuih kompone-

nata u atmosferu. Apsolutno ista atmosfera se ne moe postii. Sastav atmosfere zavisi odfizikih, hemijskih i biolokih procesa koji se odvijaju u prirodi.

poljni vazduh zauzima vazduh u troposferi. To je donji deo atmosfere koji je i najgui. U

troposferi se akumulira oko 80% ukupne mase vazduha. Troposfera je najtanja u polarnim

krajevima (oko 8km), a najdeblja na ekvatoru (oko 16km). Na naoj geografskoj irini dostie

visinu oko 12km. Troposfera sadri znatne koliine vlage i predstavlja sredite vremenskih

promena. Iznad troposfere nalazi se stratosfera koja se prostire do visine 50km. Sadri male ali

veoma bitne koliine ozona koji nas titi od tetnih zraenja iz svemira. Vazduh se sastoji od

(molskih -zapreminskih udela) : azota, kiseonika, inertni gasovi, ugljen-dioksid, vodonik

(slika1.1).

Azot,N2,

78,12%

Kiseonik,O2,

20,90%

Inertni gasovi,

0,94%

Ugljendioksid,C

O2, 0,03%

Vodonik,H2,

0,01%

Slika 1.1.Satav atmosfere u zavisnosti od molskih udela pojedinih komponenata


4/108

- 4 -

U tragovima se mogu sresti komponente sa molskim udelima ispod 0,0001% , a to su:

CO,O3,CH4,NOx,NH3.

Pri inenjerskim i praktinim proraunima mogu se bez veih greaka usvojiti zapreminski udeli

azota od 79% i kiseonika od 21%.

Zagaujue komponente imaju tetan uticaj na oveka, ivotinje, biljke i objekte, vazduh itd.

Stepen uticaja zavisi od karakteristika zagaujuih komponenata, njene koncentracija, vremena

uticaja itd.

Najvanije gasovite komponente koje ugroavaju ovekovo zdravlje su: sumpor-dioksid,

sumpor-vodonik, merkaptan, ugljen-monoksid, oksidi azota i halogeni.

Na ivotinje zagaujue komponente utie razliito.Unose se udisanjem vazduha, korienjem

stone hrane i vode.

vrste i gasovite zagaujue komponente stvaraju tete kod biljaka (utiu na rast biljaka, na

prinos roda i na prirodnu ravnoteu i na bogatstvo voda u tlu).

1.1. USLOVI NASTAJANJA, VRSTE I IZVORI ZAGAUJUIH

KOMPONENATA

Zagaujue komponente mogu se podeliti prema:

1) mestu nastanka (izvora)

2) agregatnom stanju

3) posledicama prisustva zagaujuih komponenata u atmosferi.

1) Najvei udeo zagaujuih komponenti potie iz proizvodnje energije. U Srbiji

glavni nosilac primarne energije jeste lignit. Nai ligniti imaju relativno visok maseni udeo

sumpora i pepela. Sagorevanju lignita u loitima termoenergetskih postrojenja posebno

termoelektrana nastaje znatna emisija pepela i gasovitih zagaujuij kopmonenti. Od

zagaujuih komponenti na prvom mestu spada sumpor-dioksid. Koja e koliina sumpora u

uglju prei u SO2 i sa dimnim gasovima otii u atmosferu zavisi od fie faktora:

masenog udela ukupnog sumpora u uglju (piritni, organski, sulfatni)

masenog udela balastnih materija u uglju (vlage i pepela)


5/108

- 5 -

sastava mineralnih materija (pepela)

temperature kod procesa sagorevanja uglja

kao i od naina voenja procesa.

Hemijska industrija i industrija prerade uglja takoe predstavlja znaajne izvore gasovitihzagaujuih komponenata. Tu su jo metalurka industrija, farmaceutska industrija,

automobilska industrija itd.

Najvei deo zagaujuih komponenata u naseljenim mestima potie iz loita za individualno

grejanje. Loita emituju CO, SO2, SO3, NO, NO2, pepeo, a.

Razvojem poljoprivrede poveava se broj izvora zagaujuih komponenata.

U tabeli 1.1. dat je pregled najznaajnijih izvora zagaujuih komponenata. Ovakve i sline

tabele neophodne su pri projektovanju procesa i opreme u cilju sagledavanja prisustva moguih

zagaujuih komponenata na izlazu iz procesa. Ova tabela ima opti pregled. Svaka industrija

ima svoje specifinosti.

Emisija zagaujuih komponenata zavisi od tehnologije procesa, eksploatacionih karakteristika

postrojenja. Najvaniji uzroci nastajanja zagaujuih komponenata u industriji prikazani su na

slici 1.2.

Tabela 1.1. Zagaujue komponente i nihovo poreklo

vrsteestice

Gasovite komponente

Jedinjenjasumpora

Organskajedinjenja

Oksidiazota

Ugljenmonoksid

Halogenajedinjenja

MirisiIzvori

Bez

opa.po

zdra

vlje

Opa

sne

po

zdra

.vle

SO2SO3

H2S CS2 CmHm NOx CO Cl,HCl,F,HF-

Energetika x x x xHemijskaindustrija

x x x x x x x x x x

Industrijaprerade uglja x x x x x

Industrijacementa

x x x

Metalurka

industrija

x x x x x x x

Transportna x x x x x x


6/108

- 6 -

sredstvaPoljoprivreda x x xLoita zaindividualnogrejanje

x x x x x x

2) Prema agregatnom stanju, zagaujue komponente mogu se podeliti na: vrste, tene i

gasovite.

vrste estice mogu se grupisati prema razliitim karakteristikama: dejstvu na okolinu, fiziko

hemijskim karakteristikama ili prema njihovom poreklu.

Ponaanje vrstih estica moe se definisati prema sledeim karakteristikama:

HEMIJSKE REAKCIJE ISAGOREVANJE

SPECIFINI POSTUPCI

SIGURNOSNAVENTILACIJA

POETAK IZAVRETAK

RADAPOSTROJENJA

Slika 1.2. Uzroci nastajanja zagaujuih komponenata u industriji

UZROCI NASTAJANJA ZAGAUJU IHKOMPONENATA

UPARAVANJEISPARAVANJE

KONDEN-ZACIJA

MEANJE RASPRA-IVANJE

SEJANJEKLASIRANJE

TRANSPORT.SKLADITENJE

NEZAPTIVENOSTRAD POSTROJENJA

VAN PROJEKTOVANIHKAPACITETA

OEKIVANE GREKEHAVARIJE


7/108

- 7 -

geometrijske karakteristike (granulometrijski sastav, oblik zrna, specifina povrina)

fizike karakteristike (brzina taloenja, stvarna gustina, nasipna gustina, tvrdoa,

elektrina provodljivost,...)

fiziko-hemijske karakteristike (rastvorljivost, higroskopnost, sposobnost kvaenja,hemijski sastav,...)

mineroloke karakteristike (sastav pojedinih frakcija i faza)

fizioloke karakteristike (toksinost, tetnost za disajne organe,...).

Rasprostiranje i taloenje vrstih estica u atmosferi i njihovo izdvajanje iz noseeg gasa (fluida)

moe se odrediti korienjem brzine taloenja estice u gravitacionom polju Zemlje i to prema

izrazu:

,,)(

3

4

s

mgssdtw

= (1.1)

gde su:

s gustina estice, kg/m3,

gustina fluida, kg/m3,

g ubrzanje zemljine tee, m/s2,

ds prenik estice, m, koeficijent otpora,- .

Koeficijent otpora zavisi od karakteristika fluida i odreuje se u zavisnosti od Rejnoldsovog

(Reynolds) broja Re.

Pri laminarnom reimu Re < 2 koeficijent otpora moe se odrediti korienjem formule

Stoksa (Stokes):

,,Re

24=

sdtw =Re . (1.2)

Tada je brzina padanja (taloenja) estice:

s

mgssd

tw ,)(2

18

1

= (1.3)


8/108

- 8 -

gde je: dinamika viskoznost sredine, Pas.

U oblasti 2< Re < 500 (prelazni reim) moe se primeniti formula Ozena (Oseen):

.,6,0Re5,18 = (1.4)

pa se brzina taloenja estice moe priblino odrediti pomou izraza:

43,0285,0

715,0)(43,078,0

=

ssdtw . (1.5)

U turbulentnoj oblasti 500


9/108

- 9 -

,2

)(3

gssdrA

= (1.8)

2. sa dijagrama (slika 1.3) se na osnovu izraunatog Ar broja oitava vrednost Ljaenkovog

Ly ili Rejnoldsovog Re broja i na osnovu oitanih vrednosti rauna brzina taloenjaestice:

3 2)(

gsLytw

= , (1.9)

ili pomou izraza:

sd

eRtw

=

, (1.10)

pri emu su korieni sledei kriterijumi:

sdtweR

= , (1.11)

.)(

23

=

sg

twyL (1.12)

Prenik estice koja se taloi poznatom brzinom odreuje se obrnutim redosledom. Prvo se

rauna Ljaenkov broj, a zatim iz dijagrama (Prilog I) oitava kriterijum Arhimeda, na osnovu

koga se prorauna vrednost prenika za esticu loptastog oblika:

3 .,)(

2m

gs

Arsd

=

(1.13)

Bezdimenzionalne veliine koje se koriste pri odreivanju efektivnosti ureaja za izdvajanje

estica iz gasova su:

Rejnoldsov broj (predstavlja odnos veliina sila inercije i sila viskoznosti u struji fluida)

Rejnoldsov broj za esticu (karakterie kretanje estice u struji gasa)


10/108

- 10 -

Knudsenov broj (karakterie kretanje estice i predstavlja odnos duine slobodnog puta

molekula gasa i prenika estice)

popravni koeficijent Kaningema (obuhvata kretanje estica za sluaj bez sudaranja sa

molekulama gasa estice malog prenika i razreeni gasovi)

Stoksov broj (uzima u obzir uticaj na esticu sile zemljine tee i sila viskoznosti).

vrste estice mogu se uslovno podeliti na:

inertne vrste estice (ugljeni prah, estice sa sadrajem silicijuma)

vrste estice sa sadrajem tekih matala (Cu, Zn, As, Ag, Cd, Sn, Pb,Hg, imisione

vrednosti za Cd kreu se u granicama 0,02 0,2 mkg/m3)

vlaknaste vrste estice (azbestni prah, zakonske norme ve predviaju zabranu

proizvodnje i primene proizvoda od azbesta)

vrste estice sa sadrajem jedinjenja policklinih ugljovodonika (dioksini, furani, ova

jedinjenja nastaju pri sagorevanju otpada sa sadrajem hlora, doputene emisione

vrednosti za ove estice su reda veliine 0,1ng/m3).

Tehniki prahovi (vrste estice) mogu se klasifikovati i prema drugim kruterijumima npr.

tehnolokim karakteristikama kao:

ugljeni prah

ugljenik u vidu nesagorelog finog praha, leteeg koksa i ai

prahovi metala i oksidi metala

letei pepeo

prahovi vezivnih sredstava (cement, kre, gips,...)

prahovi iz prehrambene industrije organski prahovi iz hemijske industrije

neorganski prahovi iz hemijske industrije

meavine prahova ukljuujui i prahove iz poljoprivrede.

Ugljeni prah i letei pepeo su od posebnog ineresa za inenjersku praksu. Sagorevanjem uglja u

loitima termoenergetskih postrojenja (termoelektrane, toplane) emituju se velike koliine

pepela koji se zbog loeg rada (niskog stepena izdvajanja pepela u elektrofilteru) dospijevaju u

atmosferu i zagauju okolinu.


11/108

- 11 -

Na primer rezultati ispitivanja elektrofiltra u TE Obrenovac ukazuju na visok zapreminski maseni

udeo pepela u dimnim gasovima koji odlaze u atmosferu od oko 2500 mg/m3 (blok A1 i A2) to

je 50 puta vie od zakonom propisanih vrednosti za emisiju leteeg pepela od 50 mg/m3 .

Udeo isparljivih komponenata (Cisp+H+O+N) u uglju u znatnoj meri utie na emisiju leteeg

pepela i ai. Na primer za ugljeve sa sadrajem isparljivih komponenata iznad 15% ne

preporuuje se sagorevanje na nepokretnoj reetki. Ugljeve sa visokim sadrajem isparljivih

komponenata bolje je sagorevati u spraenom stanju, u loitima sa pokretnom reetkom.

Koliina i sastav gorivih isparljivih materija zavise od niza uticajnih veliina:

vrste uglja brzine zagrevanja

temperature

vremena itd.

Donja toplotna mo gorivih isparljivih materija moe se odrediti pomou izraza:

./,,8339,46

)4262(5,47401,5011,10298,119,

kgMJnHmCnHmCdHHC

HCHCCHCOHdvolH

+

+++++=

(1.14)

Problem primene jednaine (1.14) jeste u tome to sastav gorivih isparljivih komponenata veine

ugljeva nije poznat i zahtevaju dugotrajna i specifina istraivanja.

Gasovite zagaujue komponente mogu se svrstati u sledee vanije grupe:

jedinjenja sumpora

jedinjenja azota

jedinjenja kiseonika organska jedinjenja

halogeni i jedinjenja halogena

mirisi.

Jedinjenja sumpora uglavnom se emituju kao SO2, SO3,H2S i merkaptani. Inae, sumpor gradi

vei broj oksida, a od praktinog znaaja su SO2 i SO3.

Sumpor dioksid (SO2) nastaje pri procesima sagorevanja uglja, nafte, zemnog gasa. Zbog

svoje gustine 2,93kg/m3 pri 1,013105Pa i 0C koncentrie se u prizemnim slojevima atmosfere


12/108

- 12 -

izazivajui ekoloke probleme. Neznatan deo oko 5% emitovanog SO2 u atmosferu osidie u

SO3 i sa vlagom iz vazduha stvara sumpornu kiselinu, to onda dovodi do pojave kiselosti

kinice (kiselih kia), reka i jezera. Sumpor dioksid je bezbojan, otrovan i korozivan gas otrog

mirisa.

Nastajanje SO2 odvija se prema reakciji :

),(2)(2)( gSOgOsS + , ./297 molkJH = (1.15)

U tabeli 1.2 prikazane su fizike osobine SO2, a na slikama 1.3 -1.5 fiziko hemijskeosobine.

Tabela 1.2. Fizike osobine SO2

Temperatura topljenja pri 1013mbar -75,50 C

Toplota topljenja 115,6 J/g

Dinamika viskoznost pri 00 C 368 PaS

Gustina pri - 100 C 1,46 g/cm3

Kritina gustina 0,525 g/cm3

Kritini pritisak 78,8bar

Kritina temperatura 157,50 C

Gustina pri 00 C i 1013 mbar 2,93 kg/m3

Entalpija stvaranja (pri standardnim uslovima) - 297,01 kJ/mol

Specifini toplotni kapacitet Cp pri 00 C i 1013 mbar 586 J/kg K




Cp/CV pri 150 C i 1013 mbar 1,29


13/108

- 13 -

Slika 1.3. Napon pare SO2 u zavisnosti Slika 1.4. Rastvorljivost SO2 u

od temperature sumpornoj kiselini pri 1,013105Pa

Slika 1.5. Rastvorljivost SO2 u vodi u zavisnosti odparcijalnog pritiska SO2

Stvaranje sumpor-trioksida moe se predstaviti reakcijom:

,gO3SgO2

1+gSO )()(2)(2 = 0kJ99-=H , (1.16)

Zavisnost konstante ravnotee reakcije stvaranja SO3 od temperature moe se prikazatiformulom:


14/108

- 14 -

,-T+T

=Kp 25,9log611,05,5186

log (1.17)

gde su:

T - apsolutna temperatura pri kojoj se odvija hemijska reakcja, K,

p 50O2

pO2S

pO3S=Kp ,

- konstanta ravnotee pri konstantnom pritisku u reaktorskom

prostoru, Pa - 0.5,

pO3S

,pO2

,pO2S

- parcijalni pritisak sumpor-dioksida, kiseonika i sumpor

trioksida u ravnotenoj smei, Pa.

U odsustvu katalizatora reakcija stvaranja SO3 protie veoma sporo. Kao katalizator se u industriji

koristi sundjerasta platina V2O5. Sumpor-trioksid burno reaguje sa vodom uz nastajanje sumporne

kiseline. Reakcija tee po formuli:

.kJ5132-=H,tO4SH2OH2 (t)+gO3S ,)()( (1.18)

Fizike osobine sumpor-trioksida prikazane su u tabeli 1.3.

Tabela 1.3. Fizike osobine SO3

Gasoviti SO3:

Gustina pri 100 C i 1013 mbar

Specifini toplotni kapacitet Cp pri 1000 C

i 1,013 105 Pa

Specifini toplotni kapacitet Cp pri 5000 C i 1,013 105 Pa

3,57 g/l

2,543 kJ/(m3K)

3,191kJ/(m3K)

Teni SO3:

Gustina pri 250

CTaka kljuanja pri 1013 mbar

Toplota isparavanja

Pritisak pare pri 200 C




Kritina temperatura

Kritini pritisak

1,9 g/cm3

44,80 C

538 J/g

0,26 bar

0,47 bar

1,32 bar

8 bar

217,70 C

81,9 bar


15/108

- 15 -

Sumpor-vodonik se emituje iz rafinerija nafte i ima ga u zemnom gasu. Javlja se u sva tri

agregatna stanja: gasovitom, tenom i vrstom. Osobine sumpor-vodonika prikazane su u

tabelama 1.4 do 1.6. Rastvorljivost H2S u vodi nije velika. Pri temperaturi od 1000 C i pritisku 5,06

bar rastvorljivost H2S u vodi iznosi oko 3,5 cm3 H2S/ (g H2O), (slika 1.6).

Tabela 1.4. Fizike osobine H2S

Molarna masa 34,080 kg/kmol

Taka topljenja - 85,60 C

Taka kljuanja pri 1010,8 mbar - 60,40 C

Kritina temperatura 100,380 C

Kritini pritisak 90,05 bar

Kritina gustina 0,349 g/cm3

Gustina pri 00 C i 1010,8 mbar 1,539 g/cm3

Koeficijent kompresibilnosti pri 00 C 1,012

Toplota topljenja 18,673 kJ/mol

Specifini toplotni molarni kapacitet

pri konstantnom pritisku i 250 C

34,22 J/(mol K)

Molarna entropija pri 250 C 205,5 J/(mol K)

Entalpija veze pri 250 C -20,7 kJ/mol

Slobodna entalpija veze -33,0 kJ/mol

Tabela 1.5. Osobine tenog H2S

Taka topljenja za razliite vrednosti pritiska

t, 0 C -72,8 -60,6 -46,1 -22,4 -0,8 24,8

p, bar 0,5 1 2 5 10 20

Gustina za razliite vrednosti temperature

, g/cm3 0,903 0,871 0,825 0,787 0,741 0,680

t, 0 C -47 -28 0 20 36 58


16/108

- 16 -

Slika 1.6. Rastvorljivos H2S u vodi u zavisnosti od temperature

Tabela 1.6. Koeficijent rastvorljivosti H2S u vodi u zavisnosti od temperature

Sumpor-vodonik nastaje reakcijom vodonika i sumpora. Ova reakcija moe se prikazati formulom:

).(2)(22

1)(2 gSHgSgH + (1.19)

Konstanta ravnotee Kp i log Kp za navedenu reakciju stvaranja H2S u zavisnosti od temperature

prikazana je u tabeli 1.7.

U grupu azotnih oksida spadaju: NO,NO2,N2O3,N2O4. Oksidi azota nastaju pri visokim

temperaturama u loitima i potiu uglavnom od azota iz vazduha koji je potreban za sagorevanje.

Oksidi azota uglavnom se emituju iz postrojenja za proizvodnju azotne kiseline. Amonijak (NH3)

Koeficijent rastvorljivosti H2S

, m3 /(gbar) 4,53 2,355 1,62 1,17 0,91 0,81

t, 0 C 0 21 40 60 80 100


17/108

- 17 -

prouzrokuje tetnosti samo u blizini emisionog izvora. Znatno poveanje koncentracije NO u

dimnim gasovima javlja se pri temperaturama iznad 1400C.

Tabela 1.7. Konstanta ravnotee reakcije stvaranja

H2S u zavisnosti od temperature

Temperatura, K Kp, Pa-0.5 log Kp

400 0,026 10-10 - 11,58

500 0,006 10-7 - 9,22

600 0,019 10-6 - 7,72

800 0,017 10

-4

- 5,771000 0,024 10-3 - 4,62

1200 0,015 10-2 - 3,82

1500 0,009 10-1 - 3,05

1800 0,031 10-1 - 2,51

Najvanije jedinjenje kiseonika je ugljen monoksid (CO). Uglavnom je prisutan u dimnimgasovima iz motornih vozila i iz postrojenja hemijske industrije. Uslovi za smanjenje emisije CO

su: prisustvo vika molekularnog kiseonika (vazduha), visoka temperatura (iznad 900C) i

dovoljno vreme zadravanja reagujuih komponenata u zoni visokih temperatura.

Jedinjenja hlora i fluora su predstavnici halogenih zagaujuih komponenata. Fluor vodonik

(HF) deluje toksino i veoma agresivno ve u malim koncentracijama. najee se emituje pri

proizvodnji fosfatnih ubriva, u industriji keramike, aluminijuma i ciglanama.

Hlor (Cl2) i hlorovodonik (HCl) sreu se u proizvodnji hlora i hlorovodonika.

Ugljen dioksid (CO2) i vodena para (H2O) su sastavni delovi vazduha i uslovno se ne

ubrajaju u zagaujue komponente. Kao emisija iz postrojenja za transformaciju energije znatno

optereuju atmosferu. Godinja emisija CO2 izraena kao emisija ugljenika iznosi 31016g iz

procesa fotosinteze i 41015g iz procesa sagorevanja.


18/108

- 18 -

Mirisi takoe deluju tetno i deluju kao optereenje. Nastaju pre svega iz bioloki otpadaka.

Nastaju i u industrijskim granama kao to su prerade biljnih i ivotinjskih proizvoda (prionice

kafe), kompostiranje smea, industrija celuloze, stoarske farme,...

Zagaujue komponente u atmosferi mogu da izazivaju ozbiljne posledice. Na primer gasovi

CO2, CO, CH4, oksidi azota ine takozvane gasove staklene bate. Poveanje koncentracije

ovih gasova u atmosferi utie na smanjenje debljine ozonskog omotaa i povienja temperature

na zemlji.

Postoji veliki broj jedinjenja na koje treba obratiti panju zbog tetnih posledica. Neke

komponente su izuzetno opasne po zdravlje ljudi kao to su: ivine pare, vinilhlorid, benzol i za

njih postoke posebni kriterijumi kontrole.

Svaki proces proizvodnje energije i materijala mora imati odgovarajue tehnike mere za

smanjenje emisije zagaujuih komponenata u ivotnu sredinu. Emisije (knocentracije)

zagaujuih komponenata u atmosferu moraju biti u granicama zakonom propisanih vrednosti. U

prilogu II prikazane su granine vrednosti zapreminske masene koncentracije SO2 u nekim

zemljama Evrope i Srbije.

Emisija vrstih estica u dimnim gasovima (pri 1,013105Pa i 0C) ne sme da prekorai:

50 mg/m3 kod postrojenja toplotne snage od 5 MW i vie

150 mg/m3 kod postrojenja toplotne snage ispod 5 MW.

Emisija CO2 ne sme da prekorai 0,25 g/m3, a emisija organskih jedinjenja ne sme da prekorai

50 mg/m3 .

Emisija azotnih oksida u dimnim gasovima ne sme da prekorai 0,30 g/m3.

Detaljnije o graninim vrednostima emisije zagaujuih komponenata moe se videti u

odgovarajuoj literaturi.

2. ZATITA VODA

Prema proceni, na zemlji ima oko 1,4 milijardi km3 vode, od ega 97,2% otpada na slanu vodu

mora i okeana. Dalje, na polovima i planinama nalazi se oko 2% vode stalno zamrznute u led.Na zemlji nalazimo samo oko 0,8% od ukupne koliine rezervi slatke vode, kao povrinske i


19/108

- 19 -

podzemne, koje su u stalnom pokretu - od isparavanja, do padavina i renih tokova, jezera i

mora. Ovo kruenje je ujedno efikasan nain za preiavanje voda.

Danas se potronja vode kree od 10 do 1500 l/dan po stanovniku dok u sluajevima visokog

standarda potronja dostie i 3000 l/dan po stanovniku. U mnogim sredinama suoeni smo sa

nedostatkom kvalitetne vode. R

Izvori zagaenja voda su raznoliki. To su:

ljudski i ivotinjski otpadni materijali

prodiranje vetakih ubriva u podzemne vode

prodiranje otpadnih voda iz neureenih deponija smea

otpadne vode iz industrije

kanalizacione otpadne vode.

U javnu kanalizaciju ne smeju se putati otpadne vode iz bolnica, klaonica, veterinarskih stanica,

kafilerija i slinih ustanova, ako nisu prethodno dezinficirane, kao i otpadne vode koje mogu

tetno uticati na instalacije, graevine i ureaje javne kanalizacije.

Ugroenost povrinskih voda toplotnim optereenjem se uglavnom zanemaruje. Pri povienimtemperaturama smanjuje se masa kiseonika u vodi, to se negativno odraava na bioloke

procese samopreiavanja.

Opasne zagaujue komponenete u vodama su: organske materije i lako isparljivi derivati nafte,

pesticidi, hrom ,bakar,cink, nikal, gvoe, olovo, deterdenti i sl. Vea koncentracija ovih

komponenata u vodi uzrokuje tetna dejstva na zdravlje ljudi.

2.1. GRANINE VREDNOSTI IMISIJE (GVI)

Da bi voda (vazduh) bila upotrebljiv za pie (disanje) i uopte za ljudsku upotrebu, mora imati

odreene osobine, tj. odreene sastojke, a ne sme imati neke druge sastojke preko odreene

granice. Granica koja odreuje maksimalno dozvoljenu koliinu neke tetne materije u jedinici

zapremine posmatrane sredine naziva se Granina vrednost imisije (GVI).Oigledno je da je

GVI po svojoj sutini NORMA KVALITETA, granica tolerisanja. Najee se primenjuje na vodu,


20/108

- 20 -

vazduh u atmosferi i radnim prostorijama, na ivotne namirnice, radioaktivno zraenje i drugo.

Utvrivanje granine vrednosti moe da bude vremenski ogranieno. Granine vrednosti

definisane su raznim zakonskim propisima kao to su:

pravilnik o opasnim materijama u vodama, Sl. Glasnik SRS, 31/82 pravilnik o tehnikim i sanitarnim uslovima za uputanje otpadnih voda u

gradsku kanalizaciju, Sl. List Grada Beograda5-224/98

pravilnik o higijenskoj ispranosti vode za pie, Sl. List SRJ42/98.

Granine vrednosti tetnih materija za vodu prikazane su u prilogu III.

Pokazatelji tetnog dejstva komponenata u otpadnoj vodi su:

organoleptiki (komponente koje daju vodi boju, neprijatan ukus i miris)

opte sanitarni (komponente koje imaju sposobnost samopreiavanja kao to su:

bakar, cink, hrom, deterdent)

sanitarno toksini (za komponente koje imaju toksino deijstvo kao to su: iva, olovo,

cijanid,arsen).

Industrijaske otpadne vode imaju baznu reakciju (kiselu reakciju zbog fermentacionih procesa)

pH7. Zbog toga je mogue putanjeindustrijskih otpadnih voda u kanalizacionu mreu komunalnih otpadnih voda.

Glavni zagaiva vode otpadnom toplotom jesu termoelektrane, a u manjoj meri termiki procesi

u rafinerijama nafte, u hemijskoj industriji i crnoj metalurgiji.

Zagaujue komponente u vodama mogu se podeliti na:

komponente koje se u vodi ne razgrauju i uglavnom ostaju u vodi

komponente koje se razgrauju u vodi i postepeno iezavaju iz vode.

U prvu grupu uglavnom spadaju neorganske komponente. Kako se ove komponente ne

razgrauju u vodi, proraun doputenih koncentracija komponenata u otpadnoj vodi pre ulivanja

u vodotok nije veliki problem.


21/108

- 21 -

Proraun doputenih koncentracija komponenata koji spadaju u drugu grupu je prilino sloen.

Koncentracija ovih komponenata u otpadnoj vodi zavisi od intenziteta i brzine procesa

samopreiavanja. Najvaniji inioci samopreiavanja vode jesu aerobne bakterije koje

razgrauju orgnske komponente uz potronju kiseonika. Stepen aktivnosti ovih bakterija zavisi

od:

temperature vode

prisustva toksinih komponenata u vodi koje mogu usporiti ili ak zaustaviti proces

samopreiavanja

od procesa fotosinteze

od turbulencije strujanja vode i drugih faktora.

Manjak kiseonika u vodama reka i jezera je poguban za opstanak riba. Minimalna zapreminska

masena koncentracija kiseonika rastvorenog u vodi je 5 mg/l.

Hlor u vodi je veoma otrovan. Pri koncentraciji 0,1 do 0,2 mg/l unitava riblju mla i rakove.

Koncentracija amonijaka od 0,2 mg/l deluje toksino na mla pastrmke, 0,8 mg/l na arana, 2

mg/l na crve u mulju i 9,2 mg/l na larve insekata.

Koncentracija deterdenta od 20 do 25 mg/l dovodi do pomora riba za 6 asova.

Izbor tehnolokog procesa preiavanja otpadnih voda zavisi od mesta njihovog nastajanja

(komunalne i industrijske otpadne vode) i mogunosti recipijenta (prijemnika). Pre poetka

projektovanja postrojenja potrebno je uzeti reprezentativne uzorke otpadne vode i vode iz

raspoloivog recipijenta, pa prema rezultatima fiziko hemijskih analiza uzoraka (boja, miris,

suspendovane komponente, pH, temperatura) pristupi odreivanju stepena preiavanja

otpadne vode, a zatim projektovanju i izgradnji postrojenja.

2.2. KLASIFIKACIJA VODA

Prema literaturnim podacima vode se mogu podeliti na:

vode I klase su najistije prirodne vode, izvorita reka i njihovi gornji tokovi.

Upotrebljavaju se za pie ili u prehrambenoj industriji. Naseljavaju ih plemenite vrste riba

(salmonidi). Nemaju miris, vidljivu boju niti otpadne tvari.


22/108

- 22 -

vode II klase su jo uvek relativno iste. Mogu se koristiti za rekreaciju i uz odreeno

preiavanje za snabdevanje gradova vodom. Ne smeju imati miris ni boju, a ostali

pokazatelji su navedeni u tabeli 2.1.

vode III klase su zagaene prolaskom kroz gusto naseljene i industrijske oblasti. Imaju

miris i vidljivu boju, ali se jo uvek mogu koristiti u poljoprivredi i nekim granama

industrije. Pokazatelji za ove vode imaju znatno vie granine vrednosti.

vode IV klase su sve one vode koje ne spadaju u prethodne tri klase. Vrlo su zagadjene i

moraju se preiavati ako se hoe upotrebljavati u odredjene svrhe.

Tabela 2.1. Pokazatelj kvaliteta voda

Klasa

I II III IV

Rastvoreni O2 mg/l >8 >6 >4 >3

Zasienost sa O2

saturacija 90 -105 75 - 90 50 -75 30 -50

supersaturacija - 105 - 115 115 -125 125 -130

BPK5 mgO2 /l 4


23/108

- 23 -

pH vrednost predstavlja koncentraciju vodonikovih jona u vodenom rastvoru i predstavlja meru

kiselosti, odnosno bazinosti sredine. Ako je koncentracija vodonikovih jona u vodi vea od 10-7

mol/l, voda je bazna (pH>7), a u suprotnom je kisela (pH


24/108

- 24 -

Ekoloka analiza obuhvata procenu stanja vode kao ivotnog prostora biolokih sistema posle

uvoenja otpadnih voda.

2.4. PROCESI, UREAJI I POSTROJENJA ZA PRERADUOTPADNIH VODA

Smanjenje zagaenosti voda otpadnim vodama moe se postii:

organizacionim ili tehnolokim promenama u industrijskim procesima nastajanja otpadnih

voda

zamenom vode drugim sredstvima, posebno vazduhom i procesima hlaenja primenom postupaka za preradu otpadnih voda.

Najbolja strategija zatite voda podrazumeva to je manje mogue korienje vode za

industrijske procese. Temperatura otpadne vode iz procesa trebako bi da bude jednaka

temperaturi vode na ulazu u proces.

Pri razvoju novih i racionalizaciji postojeih procesa trebalo bi:

prednost davati reenjima sa manjom potronjom vode i manjim zagaivanjem otpadnih

voda

dobijati to vie sekundarnih sirovina iz procesa korienja i prerade voda

kod proizvoda jednake vrednosti prednost dati proizvodnji sa manjom specifinom

potronjom vode.

Postupci prerade otpadnih voda su u tesnoj vezi sa karakteristikama proizvodnog procesa.Metode se mogu podeliti na: mehanike, hemijske,bioloke, toplotne.

Mehanike metode preiavanja vode sastoje se u uklanjanju mikro i makro suspendiranih

estica iz vode, organskog i anorganskog porekla. U tu svrhu slue reetke, sita, taloenje,

flotacija, filtriranje centrifugiranje. Principrada ovih uredjaja zasniva se na razliitim specifinim

teinama suspendiranih esticva i vode. Pre nego to vodadoe u te ureaje, iz nje se uklanjaju

sve plivajuemakromaterije, kao papir, ostaci drveta, plastike, itd., i to nasistemu grubih i finih

usitnjavanja makromaterija u napravama koje se nazivaju kominutori. Njihova primena je vrlo


25/108

- 25 -

iroka. Flotatori uglavnom slue za odvajanje materija lakihod vode, kao to su sve vrste ulja i

masti. Razne vrste flotatora primenjuju se u tehnici proiavanja otpadnih voda u naseljima,

kao i specifinim industrijskim granama.

Hemijski postupci su: flokulacija, neutralizacija, katalitika oksidacija, izmena jona i

dezinfekcija. Flokulacijom se naziva proces stvaranja pahuljica-flokula, dodavanjem vodi

izvesnih hemikalija, oko kojih se hvataju suspendirane estice koje lebde u vodi. Kako se

optimalna vrednost pH vode kree od 6 do 8, prethodno se mora izvriti neutralizacija, bilo sa

alkalnog ili kiselog podru ja, na optimalnu vrednost. Ovde se mogu primeniti i razne druge

hemijske reakcije koje imaju zadatak da grade nerastvorne i rastvorljive spojeve (jedinjenja).

Neke od hemijskih reakcija su dobro poznate, te se primenjuju u standardnim metodama, dok se

mnoge specifine reakcije moraju prethodno laboratorijski ispitati. Postoje razliite hemijske

metode i uglavnom su patentirane.

Bioloki postupci preiavanja U prva dvapostupka se radi na selekciji, tj. odstranjivanju

nepoeljneorganske, odnsono preteno anorganske materije,

suspendirane ili rastvorene u otpadnoj vodi. Time se postie to da se u biolokom

preiavanju, obradi, u principu samo organska materija, odnosno jedinjenja. Kako je ve ranije

istaknuto razlaganje organskih jedinjenja dogadja se pod uticajem bakterija. U aerobnompostupku se biodekompozicija organske materije dogadja uz prisustvo kiseonika, u anaerobnom

bez prisustva kiseonika u vodi. Sve dok u nekom vodotoku ima i najmanja koliina kiseonika

bioloki procesi su aerobni. Kada se sav kiseonik utroi, tada su procesi biorazgradnje

anaerobni.

U svrhu bioloke razgradnje, otpadnoj vodi se na vetaki nain moe dovesti vea koliina

kiseonika u kraem ili duem periodu. To dovodjenje kiseonika, pomou vazduha iz atmosfere

moe se postii na sledee naine:

doziranjem vazduha pomou kompresora niskog pritiska kroz sistem cevi poloen uz dno

bazena

horizontalni rotori, u stvari valjci, imaju radijalne nastavke poput jeevih igala

vertikalne turbine

prokapnici rade na principu prokapavanja vode preko tela od lomljenog kamena.


26/108

- 26 -

U grupu toplotnih postupaka spadaju: isparavanje, destilacija, ekstrakcija, membranska

filtracija, hlaenje.

Proces preiavanja komunalnih otpadnih voda moe se uslovno podeliti na sledee celine:

predtretman separacija, proces flotacije, primarno preiavanje (taloenje), bioloka aeracija,

sekundarno preiavanje (taloenje), filtriranje, zavrna aeracija, tretman muljeva.

ema primarnog i sekundarnog preiavanja otpadnih voda prikazana je na slikama 2.1 i 2.2.

Slika 2.1. Uproena ema primarnog preiavanja otpadnih voda

Slika 2.2. Uproena ema sekundarnog preiavanja otpadnih voda

Mrea za vrsteplivajue materije

Uklanjanje masti ipene

Izbistrivanje(sedimentacija)

IZLAZ

ULAZ

Zgunjavanjemulja

Pohranjivanjevrstih materija

Kapajui filtar(aeracija)

Aktivni mulj(aeracija)

Izbistravanje

Recikliranje mulja

Tercijarnopreiavanje

Zgunjavanje idigestija

Uklanjanje vrstihmaterija

IZLAZ

ULAZ


27/108

- 27 -

2.4.1. MEAI I UREAJI ZA OSREDNJAVANJE KARAKTERISTIKA

OTPADNIH VODA

Protok i sastav otpadnih voda je promenljiv, pa se pri naglim promenama protoka otpadnih voda

naruava rad talonika i filtara. Promenom sastava otpadnih voda naruava se rad ureaja za

oksidaciju i neutralizaciju. Usrednjavanje sastava otpadnih voda se postie meanjem voda

razliitog sastava ili uvoenjem reagensa u vodu. Meai koji se najvie koriste u praksi su sa

nepotpunim pregradama i pregradama sa otvorima (slika 2.3).

Slika 2.3. Meai sa pregradama

1 cev za dovod vode, 2 - cevovod za reagens, 3 cevovod za odvod vode,

4 pregrade sa otvorima, 5 pregrade za usmeravanje struje

Pregrade za usmeravanje struje postavljaju se pod uglom od 45 - 135 u odnosu na smerkretanja vode. Ugao od 135 kako je prikazan na slici 2.3 daje veoma dobro meanje vode uz

povean pad pritiska. to je vea brzina vode u suenju, bolje je meanje, ali je vei pad

pritiska. Obino se brzina vode u suenom preseku izmeu pregrada i zida kreu u intervalu od

0,8 - 1 m/s.

Pregrade sa otvorima su normalne na strujanje vode. Postavljaju se 2 do 3 pregrade, sa

otvorima prenika 20 40 mm za manje protoke vode. Za vee protoke vode prenici otvora su

do 100 mm.


28/108

- 28 -

Brzina strujanja vode u otvorima pregrada je 1 1,2 m/s. Pregrade sa otvorima obezbeuju

bolje meanje od nepotpunih pregrada.

2.4.1.1. Proraun meaa sa nepotpunim pregradama

Proraun se svodi na odreivanje irine proreza izmeu pregrade i zida, i pada pritiska u

prorezima. Brzina strujanja vode u prorezima obino je konstantna.

Pad pritisak u jednom prorezu je:

Pav

p ,2

2=

, (2.1)

gde su:

koeficijent lokalnog otpora, - ,

gustina vode, kg/m3,

v brzina vode u suenom preseku (prorezu), m/s.

Pri = 45 koeficijent lokalnog otpora iznosi = 2,5. Pri = 90, = 3, a pri = 135, = 3,5.

Nivo vode u odvodnom kanalu je:

,,1

mvB

qH

=

&(2.2)

gde su:

q& - protok vode u meau, m3/s,

B irina odvodnog kanala, m,

V1 brzina vode u odvodnom kanalu, m/s.

Obino se v1 kree od 0,4 0,6 m/s, ali ne manje od kritine brzine pri kojoj dolazi da

taloenja vrstih estica.

irina proreza iznosi:


29/108

- 29 -

,,

1

m

g

piHv

qib

+

=

&(2.3)

gde je i redni broj pregrade posmatrano od kraja meaa.

2.4.1.2. Proraun meaa sa pregradama sa otvorima

Proraun setakoe svodi na odreivanje pada pritiska za svaku pregradu i broja otvora na

svakoj pregradi.

Pad pritiska za svaku pregradu je:

,,22

20 Pa

vp

= (2.4)

gde su:

v0 = 1-1,2 m/s brzina strujanja vode kroz otvore pregrade,

koeficijent protoka (zavisi od debljine pregrade i kree se od 0,62 do 0,7),

Broj otvora na svakoj pregradi je:

,2

00

4

dv

qn

=

&

(2.5)

gde je d0,m, prenik otvora.

Meai sa pregradama su nepogodni za primenu u praksi kada je izraeno taloenje

reagenta (na primer, kreno mleko). U ovom sluaju koriste se vertikalni meai (slika 2.4).

Brzina strujanja vode na ulazu u konusni deo iznosi 1 m/s. U cilindrinom delu je manja i

iznosi 0,03 m/s. Vrema boravka vode u meau Zavisi od reagenta i kree se u granicama

od 1 2,5 minuta.

Zapreminavertikalnog meaa je:

,3,60 mQV

=

&

(2.6)


30/108

- 30 -

gde su:

Q zapreminski protok vode, m3/h,

- vreme boravka vode u meau, min.,

Popreni presek ulaznog dela konusa je:

,2,1

1 mv

qA

&= (2.7)

gde su:

q& - protok vode, m3/s,

v1 brzina strujanja vode na ulazu u konus (obino 1 m/s), m/s.

Popreni presek cilindrinog meaa je:

,2,2

2 mv

qA

&= (2.8)

gde je v2 brzina strujanja vode u cilindrinom delu (obino manje od 0,03 m/s).

Visina cilindrinog dela iznad povrine vode obino se kree u intervalu od 0,1 do 0,15 m.Pad pritisak kod ovi meaa uglavnom iznosi 2000 3000 Pa.

Slika 2.4. Vertikalni mea

a) odvod vode kanalom sa potopljenim otvorima, b) odvod vodepotopljenim levkom 1 dovod vode, 2 odvod vode, 3 vod za isputanje


31/108

- 31 -

taloga, 4 osigura protiv vazdunih mehurova

Nedostaci ovih meaa zahtevaju vei prostor za smetaj pogotovo sa velikim protocima vode.

Ovi nedostaci vertikalnih meaa otklonjeni su mehanikim meaima prikazanih na slici 2.5.

Slika 2.5. Meai sa mealicoma) sa lopaticama, b) sa propelerima, 1 ulaz otpadne vode, 2 ulaz reagenta, 3

elektromotor, 4 reduktor, 5 lopatice, 6 propeler, 7 nepokretan plat, 8

odbojnik, 9 odvod otpadne vode

Vreme boravka vode u mehanikim meaima sa lopaticama je od 3 do 5 min, a u

propelernim od 1 do 2 min.

Broj obrtaja lopatica je od 0,3 do 0,5 s-1.

Protok vode koja struji u nepokretnom platu je:

,/3,1 smVzq =& (2.9)

gde su:

V zapremina meaa, m3,

z broj prolaza vode kroz nepokretan plat ( obino 0,08 0,25 s-1), s-1,


32/108

- 32 -

Povrina poprenog preseka nepokretnog plata (bitna za proraun prenika propelera),

je:

,2,0

1 mv

qA

&= (2.10)

gde je v0 brzina vode u nepokretnom platu (obino 1,5 do 2 m/s),

Prenik propelera je:

,,94,0

4m

AD

= (2.11)

Broj obrtaja propelera je:

,1,2cos

045,0

= s

tgD

vpn

(2.12)

gde je ugao nagiba lopatice propelera (obino je 22),

Pad pritiska koji treba da savlada propeler je:

,,2

201 Pa

vpg

Hp

+=

(2.13)

gde su:

H hidraulini stepen korisnosti propelera 8obino 0,8 do 0,9),

pg gubici pritiska usled lokalnih otpora u meau (obino 2000 Pa), Pa,

Snaga na vratilu propelera je:

,,01000

0 kWpq

P

=

&(2.14)

gde je 0 stepen korisnosti (obino 0,75),

Snaga elektromotora je:


33/108

- 33 -

,,01 kWp

PP

= (2.15)

gde je p stepen korisnosti prenosa (zavisi od tipa prenosa i iznosi 0,6 do 0,95).

Za osrednjavanje koncentracije zagaujuih kompnenata u otpadnim vodama koriste sevetaka jezera i specijalni rezervoari.

Jezera usrednjivai imaju velike kapacitete. Rezervoari osrednjivai imaju relativno malu

zapreminu. Osrednjavanje se postie prinudnim meanjem otpadnih voda. Primenjuju se

mehanike mealice, barbotiranje vazduhom ili sistem pregrada koje razdvajaju vodu na niz

struja. ema pravougaonih osrednjivaa prikazana je na slici 2.6.

Slika 2.6. Pravougaoni osrednjivai[

1 ulazni kanal, 2 razdelni kanal, 3 dijagonalna pregrada,

4 uzdune vertikalne pregrade, 5 zbirni kanal, 6 izlazni kanal

Zapremina osrednjivaa je:

,3,22

mQQ

V

=

=

&

(2.16)

gde su:

vremenski period (ujednom ciklusu) osrednjavanja karakteristika voda, h,

Q& - srednja vrednost zapreminskog protoka voda u jednom ciklusu, m3,


34/108

- 34 -

= 0,7 konstanta,

Q ukupna zapremina vode u jednom ciklusu, m3.

2.4.2. PRIMENA PROCESA TALOENJA I KRISTALIZACIJE PRI TRETMANU

OTPADNIH VODA

2.4.2.1. TALONICI

Taloenje je osnovni postupak izdvajanja iz otpadnih voda nerastvorenih talonih ili plivajuih

mehanikih primesa. Taloenje moe biti prethodna i zavrna etapa preiavanja voda. Dele se

na:

horizontalne (primenjuju se za protoke otpadne vode do 20000m3/dan)

vertikalne talonike (primenjuju se za protoke otpadne vode do 10000m3/dan)

radijalne talonike (rade na istom principu kao horizontalni i koriste se za

kapacitete preko 20000m3/dan).

Za proraun (dimenzionisanje) svih tipova talonika potrebni su podaci o: protoku otpadne vode,

koncentraciji nerastvorenih komponenata, gustini i meavini vode i taloga, kinetici taloenja.

2.4.2.1. 1. PRORAUN HORIZONTALNIH TALONIKA

Vreme taloenjamehanikih estica je:

,,htw

H= (2.17)

gde su:

H dubina talonika,m,

wt brzina taloenja vrstih estica, m/h.

Potrebna duina talonika je:

,, mtw

Hsrvsrvl == (2.18)

gde je:

vsr srednja brzina vode du talonika,m/h,


35/108

- 35 -

Srednja brzina vode du talonika moe odrediti pomou izraza:

,/, hmA

Q

srv

&

=

(2.19)

gde su:

Q& - zapreminski protok otpadne vode,m3/h,

A aktivna povrina poprenog preseka talonika,m2,

Povrina talonika u osnovimoe se odrediti na osnovu iskustvenog izraza:

,2,)9,05,0(0 mQA &= (2.20)

ili pomou izraza:

,2,0 mtw

QA

&

= (2.21)

irina talonika je:

.,mHsrv

QB

= & (2.22)

ema horizontalnog talonika prikazana je na slici 2.7.

Slika 2.7. ema horizontalnog talonika


36/108

- 36 -

2.4.2.1.2. PRORAUN RADIJALNIH TALONIKA

Povrina poprenog preseka talonika je:

,2,mq

QA

&

&

= (2.23)

gde su:

q& - zapreminski protok otpadne vode po m2 poprenog preseka,m3/(hm2),

Prenik talonika je:

,,4

mq

QD

&

&

=

(2.24)

ili pomou izraza:

.,4

mtw

QD

=

&

(2.25)

Dubina talonika se pri dimenzionisanju usvaja.

Nedostatak horizontalnih i radijalnih talonika je jako izraeno strujanje otpadnih voda, to

izaziva dopunske otpore (padove pritisaka) koje spreavaju taloenje vrstih estica a samim

time i smanjuju i efikasnost rada talonika.

2.4.2.1.3. PRORAUN VERTIKALNIH TALONIKA

Veliki nedostatak horizontalnih talonika jeste problem odvoenja taloga (mulja) iz njih. U tusvrhu koriste se vertikalni talonici (slika 2.8 i 2.9). Pri obradi industrijskih voda, pored taloenja,

treba izvriti degazaciju pomou degazatora (slika 2.10). Vreme boravka vode u degazatoru ne

sme da bude manje od 45s, a brzina isputanja vode ne sme biti vea od 0,05m/s. Visina

cilindrinog dela u degazatoru ne sme biti manja od 1m. Brzina vode na ulazu u talonik je

vu=1,2-4cm/s. Ugao nagiba konusnog dela talonika iznosi =45-60. Vanije karakteristike

vertikalnih talonika su:


37/108

- 37 -

Brzina strujanja vode kroz vertikalni talonik je:

,/,)75,05,0( hmtwsrv = (2.26)

Vreme taloenjaestica odreuje se eksperimentalno, ili ako je poznata visina talonika

H pomou izarza:

,,htw

H= (2.27)

Povrina poprenog preseka vertikalnog talonika je:

,2,msrv

QA

&

= (2.28)

Visina radnog dela talonika je:

.,mvh sr = (2.29)

Ugao nagiba konusnog dela talonika inosi 45 do 60,

Za odvoenje vode iz talonika obino se koristi periferni ljeb, a pri preniku talonika

veem od 6m koristi se dopunski zbirni ljeb.

Slika 2.8. ema vertikalnog talonika

45

D/2

h2

h1

= 45 - 60

H

h

d1

D

d


38/108

- 38 -

Slika 2.9. Vertikalni talonik sa Slika 2.10. Degazator

spoljanjim uguivaem

1 dovod vode, 2 radna zona, 3 zatitna zona, 4 odvod vode,

5 cev za odvod taloga, 6 uguiva, 7 cev za odvod vode iz uguivaa,

8 - cev za odvod taloga

2.4.2. 2. KRISTALIZACIJA

Kristalizacija je proces formiranja vrste faze unutar homogene tene meavine. Promenom

temperature rastvora moe se dobiti prezasien rastvor, a zatim i kristali rastvorene

komponente. Izdvajanje vrste faze iz tenog rasrvora koji ine rastvorak A i rastvara B je

mogue samo u sluaju ako je koncentracija rastvorka vea od koncentracije u zasienom

rastvoru za datu temperaturu.

Stepen prezasienja rastvora moe se odrediti pomou izraza:

,11 szasx

zasxx

zasx

xS +=

+== (2.30)

gde su:x masa rastvora,kg,kmol,

xzas masa zasienog rastvora,kg,kmol,

zasx

zasxxs

= - relativno prezasienje rastvora,kg/kg,kmol/kmol.

U praksi je obino s 0,02.

Da bi se kristalizacija mogla obavljati potrebno je:


39/108

- 39 -

da rastvor bude prezasien

stvaranje nukleusa kristala

rast kristala.

Do prezasienja uglavnom dolazi na tri osnovna naina (slika 2.11):

kristalizacija hlaenjem

kristalizacija isparavanjem

vakuum kristalizacija.

Slika 2.11. Prezasienje rastvora u zavisnosti od temperature rastvora

Nukleacija predstavlja poetak fazne transformacije i manifestuje se stvaranjem centarakristalizacije. Nukleacija moe biti primarna (homogena i heterogena) i sekundarna.

Kod homogene nukleacije:

kristali se moraju oduprijeti ponovnom otapanju

postojanje kritine veliine kristala (rrc rast kristala).

Ako je nukleacija homogena, brzina nukleacije se moe izraunati korienjem jednaine:

+

=

)1(32exp1

sT

ccW , (2.31)

gde su:

c1,c2 konstante koje zavise od vrste supstance.

Heterogena nukleacija se javlja na stranim povrinama koje su u kontaktu sa rastvorom kao tosu zidovi posude, strana tela i estice u rastvoru.


40/108

- 40 -

Intenzitet sekundarne nukleacije B0 utvruje se eksperimentalno, i zavisi od naina ostvarivanja

procesa kristalizacije kao i od vrste supstance koja kristalizuje:

,3

,)1(0sm

nukleusabrojasB

+ (2.32)

gde je:

a=3 6, kinetiki stepen nukleacije.

Rast kristala je posledica transporta rastvorka (komponenta A) iz mase tenosti ka povrini

kristala. Brzina rasta kristala wr za konstantnu temperaturu u sistemu raste sa stepenom

prezasienja rastvora s:

za kristale neorganskog porekla

wr = cs,mm/s, (2.33)

za kristale organskog porekla

),2exp(1s

ccrw = (2.34)

gde su:

c,c1,c2 konstante koje zavise od vrste supstance.

2.4.2.2.1. PRORAUN PROCESA KRISTALIZACIJE

Proraun procesa kristalizacije zasniva se na reavanju osnovne jednaine materijalnog bilansa:

,,kgGmgmqmQm ++= (2.35)

gde su:

mQ masa otpadne vode koja se obrauje u kristalizatoru,kg,

mq masa rastvora posle kristalizacije,kg,

mg masa izdvojenih kristala za vreme kristalizacije,kg,

mG masa isparene vode,kg.

Masa izdvojenih kristala odreuje se pomou izraza:

,,~~

~)

~~(

kg

qX

krX

qXGmqXQXQmgm

+= (2.36)

gde su:


41/108

- 41 -

QX~

- maseni udeo bezvodne soli u vodi na ulazu u kristalizator,kg/kg,

qX~

- maseni udeo bezvodne soli u rastvoru posle kristalitacije (matini rastvor),kg/kg,

2

1~

M

M

krX = - maseni udeo bezvodne soli u jedinjenju hidratisane soli,kg/kg,

M1 molarna masa bezvodne soli,kg/kmol,

M2 molarna masa hidratisane soli (meavina soli i vode),kg/kmol.

Ako iz rastvora kristalizuje bezvodna so, tada je ./1~

kgkgkrX =

Masa isparene (prirodno isparavanje) vode po m2 povrine kristalizatora (ogledala) odreuje se

iz jednaine:

hm

kgppkGm

=

2),

1002

1(1

, (2.37)

gde su:

k koeficijent isparavanja,kg/(m2Pah),

p1 pritisak zasiene pare pri srednjoj temperaturi isparavanja (srednja temperatura

isparavanja jednaka je srednjoj temperaturi vode),Pa,

p2 pritisak zasiene pare pri temperaturi vazduha,Pa, relativna vlanost vazduha,%.

Ukupna masa vode koja ispari za period isparavanja iz kristalizatora je:

,1 = AGmGm (2.38)

gde su:

A povrina isparavanja,m2

, - vreme isparavanja,h.

Za kristalizaciju bez isparavanja vode, masa izdvojenih kristala je:

.~~)

~~(

qXkrX

qXQXQmgm

= (2.39)


42/108

- 42 -

Masa izdvojenih kristala koja se odvija isparavanjem vode pri temperaturi isparavanja Ts

( )~~~

sXqXQX == je:

.~~

~

sXkrX

sXGmgm

= (2.40)

Uinak procesa kristalizacije proporcionalan je brzini stvaranja kristala:

,%.100~

~

=

QXQm

krXgm (2.41)

Koliina dovedene ili odvedene toplote tokom kristalizacije izvodi se iz bilansa kristalizatora(slika 2.12):

Slika 2.12. ema kristalizatora

{ulaz} = {toplota ulazne otpadne vode} + {dovedena toplota}

{izlaz} = {toplota odvedena parom} + {toplota izlazne vode}+{toplota kristalizacije}+{toplotni

gubici}

ili u matematikom obliku:

,QgubghgmqhqmGhGmdovQQhQm +++=+ (2.42)

gde su:

hQ specifina entalpija otpadne vode na ulazu u kristalizator, kJ/kg,


43/108

- 43 -

hG specifina entalpija isparene vode (vodene pare), kJ/kg,

hq specifina entalpija rastvora posle kristalizacije (matini rastvor), kJ/kg,

hg specifina entalpija izdvojenih kristala, kJ/kg,

Qdov dovedene toplota u kristalizator, kJ,

Qk toplota kristalizacije, kJ,

Qgub toplotni gubici, kJ.

Entalpija kristalizacije hk mora se odrediti eksperimentalno. Ukoliko je poznata kriva topljenja

kristala, mogue je entalpiju kristalizacije proceniti pomou izraza:

,)

~ln

~(ln

QTqT

QXqXqTQTuR

kh

(2.43)

gde je:

Ru univerzalna gasna konstanta.

U jednainu toplotnog bilansa potrebno je uvrstiti odgovarajui predznak toplote kristalizacije,

zavisno od toga da le se toplota dovodi (+) ili odvodi (-) iz sistema.

Toplota u kristalizatoru se izmenjuje pomou izmenjivaa toplote (unutranjeg ili vanjskog)

preko povrine izmenjivaa:

,2, mmTefk

QA

= (2.44)

gde su:

kef koeficijent prolaza toplote, W/(m2K)

Tm srednja logaritamska razlika temperatura,K.

2.4.2.2.2. KRISTALIZATORI

Kristalizatori su ureaji u kojima se vri proces kristalizacije, tj. proces stvaranja kristala izotpadnih voda. Postoji veliki broj ureaja (kristalizatora) koji se koriste u praksi. Nude razliite


44/108

- 44 -

uinke u kvalitetu kristala (istoa, veliina zrna, raspodela veliina) zavisno o dizajnu i

procesnim uslovima. Zavisno o nainu rada postoje:

arni kristalizatori

za male koliine proizvoda, opremljeni mealicama i pumpama

oprema za meanje mora raditi kontrolisano (kontrola brzine hlaenja i

isparavanja)

kontinuirani kristalizatori

konstantan kvalitet proizvoda (kristala).

Prema nainu uklanjanja produkta pri procesu kristalizacije, kristalizatori se mogu podeliti na:

kristalizator bez uklanjanja matinog taloga (luga)

kristalizatori sa uklanjanjem matinog taloga (luga)

kristalizator sa frakcioniranjem produkta (suspenzija nastaje u fluidizovanom

sloju:kristali se razdvajaju sedimentacijom).

Pri odabiru kristalizatora treba voditi rauna o nizu faktora a posebno o kvalitetu dobijenih

kristala (kvalitetu proizvoda) i cijene na tritu (slika 2.13).


45/108

- 45 -

Slika 2.13. Kriterijum za odabir kristalizatora

ema nekih osnovih kristalizatora koji se koriste u praksi prikazani su na slikama 2.14 do 2.16.

Slika 2.14. Frakcijska kristalizacija

Svojstva ulazneotpadnevode

Kapacitetproizvodnje

eljeni kvalitetproizvoda

Cijena proizvodanatritu

Nain rada i vrstapomoneopreme

Fiziko hemijskeosobine ulazneotpadne vode

Fiziko hemijskeosobine matinog

rastvora

Fiziko hemijskeosobine kristala

Definisanje procesa kristalizacije

Odabir naina rada

Odabir vrste ureaja

Bilansiranje procesa

Dimenzionisanje ureaja


46/108

- 46 -

Slika 2.15. Kristalizator sa meanjem

Slika 2.16. Kristalizator sa prisilnom cirkulacijom

uz kontrolu prezasiene odpadne vode

2.4.3. PRIMENA PROCESA UPARAVANJA, ISPARAVANJA, EKSTRAKCIJE I

AERACIJE PRI TRETMANU OTPADNIH VODA

2.4.3.1. UPARAVANJE

Uparavanje otpadnih voda se primenjuje radi poveanja koncentracije soli u njima, ime se

ubrzava proces kristalizacije. Uparavanje se primenjuje za obradu visokokoncentriranih voda

malih protoka.


47/108

- 47 -

Uparavnje otpadnih voda moe se izvesti kao:

jednostepeno (prosto)

izvodi se u otvorenim sudovima

za zagrevanje se koristi para niskog pritiska

viestepeno

koristi se vodena para od uparavanja tenosti u prethodnom stepenu za

uparavanje rastvora u sledeem stepenu

time se smanjuje potronja pare u odnosu na jednostepeno

pod vakumom

izvodi se pri niim temperaturama kljuanja rastvora

sloeniji su u pogledu konstrukcije i eksploatacije u odnosu na proste uparivae

U praksi se najvie koriste viestepeni istosmerni uparivai (slika 2.17). Rad svih uparivaa je

istovetan radu prvog, samo to se kod njih umesto svee pare koristi sekundarna para iz

prethodnog uparivaa.

Slika 2.17. Viestepeni upariva

1-rezervoar sirovog rastvora, 2-rezervoar za stvaranje hidrostatikog pritiska,

3-protokomer, 4-centrifugalna pumpa, 5-greja rastvora, 6,7,8-aparati za uparavanje,

9-kondenzator, 10-izdvaja, 11-rezervoar uparenog rastvora, 12-komora za zagrevanje, 13-parni

prostor, 14-izdvaja kapi, 15-prikljuak za ulaz rastvora, 16-prikljuak za paru, 17-kondenzacioni

lonac, 18-prikljuak za izlaz uparenog rastvora, 19-prikljuak za izlaz sekundarne pare, 20-preliv

Masa vode koja ispari uparavanjem je:


48/108

- 48 -

,,~

~1 kg

kx

px

QmGm

= (2.45)

gde su:

mQ masa vode koja ulazi u upariva,kg,

px~ - maseni udeo komponente (soli), kg/kg,

kx~ - krajnji (zadani) maseni udeo komponente u uguenom rastvoru,kg/kg.

Masa vodene pare potrebna za uguivanje rastvora je:

,,'

)''()(kg

DhDh

gubQkhGhGmphkhQmD

++= (2.46)

gde su:

hk specifina entalpija uguenog rastvora, kJ/kg,

hp specifina entalpija vode na ulazu u upariva, kJ/kg,

h''G specifina entalpija pare izdvojene iz rastvora, kJ/kg,

hD specifina entalpija grejne pare na ulazu u upariva, kJ/kg,

h'D specifina entalpija pare (kondenzata) na izlazu iz uparivaa, kJ/kg,

Qgub gubici toplote u okolinu, kJ.

Proraun viestepenih uparivaa se satoji u odreivanju kapaciteta, potronje pare za grejanje i

popvrine zagrevanja.

Kako se svea para za grejanje dovodi samo u prvi upariva, ostali se zagrevaju sekundarnom

parom, to se potronja pare odreuje prema potronji pare u prvom uparivau:

,,1 kgdGmD = (2.47)

gde je:

d potronja pare po kilogramu uparene vode, kg/kg.

Ukupna potrebna povrina za zagrevanje je:

,2,211

mnAAAn

iiAA +++=

=

= (2.48)

gde je:

A1,A2,...,An grejna povrina svakog uparivaa,m2.

U viestepenim uparivaima se obino nalaze uparivai jednakih grejnih povrina, pa izraz

(2.48) prelazi u oblik:


49/108

- 49 -

,2,1 mAnA = (2.49)

gde je :

n broj uparivaa,-.

Grejna povrina jednog uparivaa odreuje se pomou izraza:

,2,11

11 m

Tk

PA

= (2.50)

gde su:

P1 toplotna snaga uparivaa, kW,

k1 koeficijent prolaza toplote, kW/(m2K),T1 razlika temperature pare i kljualog rastvora,K.

Toplotna snaga prvog uparivaa je:

,),'(11 kWDhDhDP = & (2.51)

gde je:

1D&

- maseni protok grejne pare, kg/s.

Maseni udeo rastvorene komponente u uguenom rastvoru na kraju prvog stepena uparavanja

je:

.,~1~

kg

kgpx

GmQm

Qm

kx

= (2.52)

2.4.3.2. ISPARAVANJE

Za razliku od uparavanja koje se obavlja na temperaturi kljuanja, isparavanje sa slobodnih

povrina tenosti se praktino odvija pri bilo kojoj temperaturi.

Osnovni zadatak pri projektovanju povrina jeste odreivanje povrine. Ona se moe odrediti

pomou izaraza:

,

2

, mthfhDEiE

gsQgQ

A ++

+=

&&

(2.53)


50/108

- 50 -

gde su:

gQ& - godinji protok otpadne vode koja isparava, m3/god,

gsQ& - godinji protok vode sakupljene na povrini isparavanja,m3/god,

Ei proraunski godinji sloj isparene vode, m/god,ED godinji sloj isparene vode usled dopunskog isparavanja (poviena temperatura

otpadne vode), m/god,

hf godinji gubici vode zbog filtracije kroz dno i bone stranice, m/god,

ht srednji godinji sloj taloga, m/god.

Godinji sloj isparene vode odreuje se iz izraza:

,12

1=

=

imiEsKiE (2.54)

gde su:

Ks koeficijent sigurnosti,-,

Emi sloj isparene vode u toku meseca, m/mes.

Sloj isparene vode u toku meseca odreuje se pomou izraza:

),20072,01()200max(15,0 WppnmiE += (2.55)

gde su:

n broj dana u mesecu,-,

pmax pritisak zasienja vodene pare pri temperaturi prijemnika vode, mbar,

p200 srednji meseni parcijalni pritisak vodene pare u vlanom vazduhu na visini

200cm iznad povrine vode, mbar,

W200 srednja brzina vetra na visini 200cm iznad povrine vode, m/s.Vrednost p200 moe se odrediti pomou izraza:

p200=p1+M(p2-p1), (2.56)

gde su:

p1 parcijalni pritisak vodene pare u vlanom vazduhu iznad kopna, u blizini lokacije

povrine za isparavanje, mbar,

p2 granina vrednost parcijalnog pritiska vodene pare pri neprekidnom strujanjunad povrinom vode, mbar,


51/108

- 51 -

M empirijski koeficijent koji zavisi od duine vremena strujanja vazduha nad

vodenom povrinom,-.

Vrednost veliine p1 dobija se iz meteoroloke stanice, a veliina p2 zavisi od temperature vode

(slika 2.18).

Slika 2.18. Zavisnost p2 od temperature vode

Vreme strujanja vazduha nad povrinom za isparavanje je:

,,

200

s

W

srL= (2.57)

gde je:

Lsr srednja duina povrine nad kojom struji vazduh,m.

Brzina vetra se dobija na osnovu podataka iz meteoroloke stanice na osnovu izraza:

W200=0,8KWx, (2.58)

gde su:

K popravni koeficijent koji zavisi od mesta meteoroloke stanice,

Temperatura

vazduha,

C

T

emperatura

v

azduha,

C

Temperatura

vode,

C

p2,mbar


52/108

- 52 -

Wx izmerena srednja mesena brzina vetra na visini x, m/s.

Pojava masnih mrlja i pena na povrini vode znatno smanjuje intenzitet isparavanja i moe ga

potpuno prekinuti. Zbog toga je pre potrebno odstraniti masnoe i pene sa povrine vode.

2.4.3.3. IZDVAJANJE ISPARLJIVIH KOMPONENATA POMOU VODENE

PARE

Pri isparavanju rastvora lako isparljive komponente prelaze u parnu fazu i naputaju prostor sa

vodenom parom. Na tome je zasnovan proces destilacije primenjen za preiavanje otpadnih

voda. Proces se obavlja u destilacionim kolonama:

sa periodinim

sa kontinualnim tipom.

Najjednostavniji ureaja za destilaciju prikazana je na slici 2.19.

Slika 2.19. ema ureaja za destilaciju

1-kolona za isparavnjem sa ispunom, 2-vlani izdvaja,3-ventilator, 4-zagreja vode

Pri strujanju otpadne vode kroz kolonu u suprotnom smeru od smera strujanja pare, voda se

zagreva do 100C. Lako isparljive komponente delimino prelaze u parnu fazu. Koefeicijent

raspodele komponente u dve faze (para i voda) je:

,~

~

vc

pcK= (2.59)

gde su:

3

1

5

2


53/108


54/108

- 54 -

visina ispune 6 12m

gustina oroavanja 1 2m3/(m2h),

specifina potronja pare 0,5 1,5kg/kg,

kapacitet kolone 20 200m

3

otpadne vode na dan.

Za preiavanje fenolnih otpadnih voda u laboratorijskim uslovima, karakteristike destilacije su:

specifina potronja pare 0,2 0,5kg/kg,

gustina oroavanja 35 250m3/(m2h)

specifina povrina ispune 80m2/m3

vrednost empirijske konstante = 0,03 - 0,18m/h.

Odnos visine i prenika kolone ne bi trebalo da prelazi vrednost 5 10.

2.4.3.4. EKSTRAKCIJA

Preiavanje otpadnih voda ekstracionom metodom zasniva se na tome da se u smei dve

uzajamno nerastvorljive tenosti svaka komponenta koja se nalazi u rastvoru rasporeuje u

tenosti saglasno njihovoj rastvorljivosti.

Za proces ekstrakcije najee se koriste organski rastvarai koji se ne meaju sa vodom kao

to su: benzol, mineralna ulja, tetrahlorugljenik, itd).

Koeficijent raspodele zavisi od temperature pri kojoj se vri ekstrakcija, i od koncentracije

rastvorene komopnente.

Preiavanje otpadnih voda ekstrakcijom moe se vriti na tri naina:

jednostepena ili viestepena obrada sveim ekstragentom (rastvaraem)

meanje vode i ekstragenta u suprotnosmernom aparatu sa naknadnim razdvajanjem

tenosti

meanje vode i ekstragenta u vie suprotnosmernih aparata.

Eksrakcija moe da bude kontinualna (slika 2.20) i periodina. Periodina se primenjuje za

manje kapacitete (manje protoke otpadne vode).


55/108

- 55 -

Ekstraktor je kolona sa ispunom u koju se dovode voda i ekstragent. Ukoliko je gustina

ekstragenta manja od gustine vode, ekstragent se dovodi odozdo. U suprotnom sluaju

ekstragent se dovodi odozgo.

Slika 2.20. ema kontinualne ekstrakcije

Osnovne veliine koje definiu proces ekstrakcije opisane su jednainama (2.64) do (2.68):

koeficijent rapodele je:

,~

~

v

R

c

cK= (2.64)

gde su:

Rc~ - zapreminska koncentracija rastvorene komponente u rsatvarau, g/l,

vc~ - zapreminska koncentracija komponente u vodi, g/l,

krajnja koncentracija komponente u vodi:

,)1(

~~ 0

nbK

cc

+= (2.65)

gde su:

0~c - poetna zapreminska masena koncentracija komponente u vodi ,g/l,

n broj ekstrakcija,-,

K koeficijent raspodele,-,

b specifina potronja ekstragenta po m3 vode za jednokratnu ekstrakciju,m3/m2,

specifina potronja ekstragenta (veliina b) je:


56/108

- 56 -

,1Qn

Vb

= (2.66)

gde su:

V1 ukupna zapremina ekstragenta,m3,

Q zapremina vode koja se preiava postupkom ekstrakcije,m3,

materijalni bilans kontinualne ekstrakcije moe se prikazati jednainom:

,~~~0 EcQcQc += (2.67)

gde je:

Ec~ - zapreminska masena koncentracija komponente u ekstragentu na izlazu iz

ekstraktora,g/l,

kod viestepene ekstrakcije (slika 2.21) broj ekstrakcija neophodnih za sniavanje

koncentracije 0~c do c~je:

[ ].1

)log(

~log~)1(~log 0

+=

Kb

ccKbcn (2.68)

Izraz (2.65) ukazuje da je viekratna ekstrakcija sa malim dozama ekstragenta efikasnija odjednokratne.

Slika 2.21. ema viestepene ekstrakcije

I,II,III ekstraktori, 1,2,3 talonici, 4 rezervoar ekstragenta,

5 rezervoar vode

2.4.3.5. AERACIJA


57/108


58/108

- 58 -

Koeficijent difuzije zavisi od vrste gasa. Koeficijent difuzije za neke gasove je prikazan je u

prilogu IV.

Izdvajanje gasova iz vode, pri intenzivnom meanju sa vazduhom (barbotiranju, rasprivanju)

moe se odrediti pomou izraza:

,43,0~log~log 0V

Scc = (2.71)

gde su:

S povrina rastvora, cm2,

V zapremina rastvora, ml,

koeficijent desorpcije,-.

Koeficijent desorpcije zavisi od vrste gasa i temperature. Pri 25C je za sumpor vodonik 0,07,

za amonijak 0,015 i za ugljen dioksid 0,17.

2.4.4. PROCESI ADSORPCIJE, NEUTRALIZACIJE, MUTACIONOG

FILTRIRANJA, FLOTACIJE I BIOLOKOG PREIAVANJA

PRI TRETMANU OTPADNIH VODA

2.4.4.1. ADSORPCIJA

Adsorpcija je proces akumulacije supstance iz fluida na povrini vrste faze. Supstanca koja se

koncentrie ili adsorbuje naziva se adsorbat, faza na kojoj se vri adsorpcija naziva se

adsorbent. Karakteristike sorbenta su porozna struktura i specifina povrina. Aktivnost sorbenta

definisana je masom adsorbovane komponente po jedinici mase sorbenta.

Najei adsorbenti koji se koriste u praksi su: aktivni ugljenik, posebno umur i koriste se za

adsorpciju mirisa, aktivna zemlja (aluminijium - oksid) pogodan za hemisorpciju SO2 i odsorpciju

vode, silika gel (silicijum dioksid) veoma porozne strukture i koristi se za uklanjanje vlage

H2S.


59/108

- 59 -

Pri procesu adsorpcije prenos mase je definisan u tri koraka: transport mase iz rastvora do

granice faza, transport mase kroz granini sloj film, transport kroz unutranje kanale estice

adsorbenta (slika 2.22).

Slika 2.22. ematski prikaz prenosa mase u adsorpciji

Mehanizmi adsorpcije

S obzirom na dominantne sile koje definiu proces i na prirodu veza koja se uspostavlja izmeu

adsorbenta i adsorbata, mogu se razlikovati sledei oblici adsorpcije:fizika, hemijska, selektivno

popunjavanje upljina u kristalnoj reetci, molekulska sita, jonska izmena.

Fizika adsorpcija je rezultat delovanja van der Valsovih sila. U ovom sluaju molekul je

fiksiran na jednom mestu, te je mogue njegovo premetanje na povrini. Fizika adsorpcija

dominira na niskim temperaturama, a karakteriu je niske adsorpcione energije.

Uhemijskoj adsorpciji adsorbat stupa u hemijsku vezu sa adsorbentom. U tom sluaju molekul

nije slobodan za kretanje po povrini.

Adsorpcija supstance iz fluida na povrinu vrstog predstavlja specifini termodinamiki

proces, pri kojem se dostie ravnotea, uz definisanu distribuciju supstance, posle ega vie

nema adsorpcije. Adsorpciona izoterma definie distribuciju adsorbata pri ravnotei, tj.,koliinu

adsorbata adsorbovanu po jedinici teine adsorbenta pri ravnotenoj koncentraciji adsorbata u

rastvoru.


60/108

- 60 -

Parametri koji utiu na adsorpciju

Kada se govori o adsorpciji kao metodi treba odgovoriti na sva osnovna pitanja: koliko se

adsorbata moe ukloniti po jedinici teine adsorbenta za postojee radne uslove, i koliko dugo

traje proces adsorpcije te koliine.

Na adsorpciju utiu: osobine adsorbenta, osobine adsorbata, osobine rastvora.

Osobine adsorbenta od znaaja za adsorpciju su:

fizike osobine (veliina granula, oblik, gustina, poroznost, povrinu, itd.)

hemijske osobine (energetski potencijal, polarnost itd.)

adsorpcioni kapacitet (definisan je modelom adsorpcione izotermne ravnotee)

sadraj rastvorljivih primesa

sposobnost regeneracije.

Osobine adsorbata koje znaajno utiu na adsorpiju su: rastvorljivost, struktura molekula,

polarnost.

Najvanije osobine rastvora koje su najbitnije za adsopciju jesu: pH, temperatura i selektivnost

adsorbenta prema polutantu koji se eli ukloniti iz rastvaraa. Vrednost pH moe razliito dautie uslovljeno prirodom i adsorbenta i adsorbata. Vrednost pH moe da ima vei uticaj u

laboratorijskim testovima nego u industrijskom postrojenju, gde je koliina rastvora vea.

Temperatura ima viestruki uticaj. Povienje temperature obino ubrzava proces adsorpcije

zbog intenzivnije difuzije. Pored toga temperatura utie i na rastvorljivost adsorbata u rastvoru

to je od znaaja za prenos mase.

Adsorbent moe da bude u obliku praha, granula, vlakana ili monolitnog adsorpcionog filtra. Ta

injenica uslovljava opremu za proces. Kada je u pitanju granulisani adsorbent koriste se

kolonski ureaji. Kada je adsorbent prah tada se koristi suspenziona tehnika. Za njenu

realizaciju potreban je reaktor sa meanjem i filter.

Najire rasprostranjena adsorpcija u praksi, te i tretmanu odpadnih voda, jesta ona kroz

nepokretni sloj granula koje su smetene u koloni (adsorpcija u sloju).

Prenos mase u sloju obavlja se tako da se prvo iskoristi adsorbcioni kapacitet prvog mikro sloja

adsorbenta, pa se zatim prenosi na sledei sloj. Tako se front prenosa mase kree od ulazaprema izlazu iz ureaja. Ako se formira dijagram zavisnosti izlazne koncentracije adsorbata od


61/108

- 61 -

vremena (zapremine obraene tenosti) tada se moe pratiti kretanje fronta prenosa mase i

odreivati vreme regeneracije

(slika 2.23). Ta kriva naziva se probojna kriva i na njoj se uoava prevoj posle koga drastino

raste izlazna koncentracija. To je znak da se front prenosa mase pribliava izlazu tenosti.

Povrina ispod probojne krive predstavlja masu adsorbovanu u okolini, i moe se matematiki

izraunati jednainom dole. Znajui koliinu adsorbenta u koloni, rauna se adsorpcioni

kapacitet:

=V

dVCCM0

0 )( . (2.72)

Slika 2.23. Kretanje fronta prenosa mase kroz sloj adsorbenta

Proraun adsorpcije

Kao sorbent praktino se mogu koristiti svi materijali koji imaju veliku aktivnu specifinu

povrinu: aktivni ugalj, koksni prah, treset, kaolin, strugotina, pepeo, silikagel, itd. Najveu

primenu imaju razliiti tipovi aktivnog uglja i silikagel. Ulogu sorbenta imaju i hidroksidi metala(kod koagulacije), aktivni ugalj, u sudovima za aeraciju, planktoni, sloj biolokog materijala, u

biofiltrima.

Preiavanje adsorpcijom se uglavnom koristi za otpadne vode sa malim koncentracijama

zagaujuih komponenata. Stanje adsorpcione ravnotee moe se predstaviti izrazom:

,~

~

B

A

X

XK= (2.73)


62/108

- 62 -

gde su:

K- konstanta ravnotee, -,

AX~

-ravnotena masena koncentracija komponente A u sorbentu,g/kg,

CX~

-ravnotena masena koncentracija komponente C u rastvoru,g/kg.

Masa sorbenta moe se odrediti iz jednaine materijalnog bilansa:

cA cQcQXm~~~=+ (2.74)

odakle je:

AX

cocQm ~)~~(

= (2.75)

gde su:

m masa sorbenta,kg,

Q zapremina otpadne vode,l,

oc~ - poetna zapreminska masena koncentracija komponente u rastvoru, g/l,

c~ ravnotena zapreminska masena koncentracija komponente u rastvoru,g/l.

Jednaina (2.75) uz korienje jednaine (2.73) moe se napisati u obliku:

cK

cocQm ~)~~(

= . (2.76)

Iz jednaine (2.76) moe se odrediti ravnotena koncentracija komponente u rastvoru pri datoj

potronji adsorbenta:

mKQ

ocQc+

=

~~ (2.77)

Ako se otpadnoj vodi, po uspostavljanju ravnotee, dodaju jednake doze adsorbenta,

koncentracija zagaujue komponente posle n tog dodavanaj sorbenta je:

.~)(~ on

nc

mKQ

Qc

+= (2.78)

Analiza poslednje jednaina ukazuje da viestepena obrada otpadne vode omoguava potpunije

iskorienje adsorpcionih sposobnosti sorbenta, i time znaajno smanjuje njegovu potronju.


63/108

- 63 -

Za manje zapremine vode viestepena adsorpcija se moe ostvariti u jednom reaktoru sa

meaem za sorbent i vodu. Svaka nova masa sorbenta se uvodi posle vremena neophodnog

za postizanje ravnotee i taloenja sorbenta (slika 2.24).

Slika 2.24. ema trostepenog sorpcionog ureaja sa rednim uvoenjem adsorbenta; 1. ulaz

vode, 2. voda posle prve obrade, 3. Voda posle druge obrade, 4. voda posle tree obrade-preiena voda-izlaz, 5. mealica, 6. talonik za sorbent, 7. ulaz sveeg sorbenta, 8. odvodzasienog sorbenta

Suprotnosmerna adsorpcija najvie koristi sorpcioni kapacitet sorbenta i daje najmanju njegovu

potronju, ali su investicioni i eksploatacioni trokovi poveani u odnosu na rednu adsorpciju.

U poetku ciklusa koncentracija zagaujue komponente u preienoj vodi (filtratu) je bliska

nuli, vremenom ona raste i dostie maksimalnu vrednost, posle ega se sorbent mora

regenerisati ili zameniti novim.

Period vremena rada adsorbera od poetka do momenta pojave nedozvoljene koncentracije

zagaujue komponente u filtratu (preienoj vodi), odnosno rok zatitnog dejstva adsorbera je:

,,hTHK = (2.79)gde su:

H visina sloja sorbenta,m,

K,T empirijske konstante.Obino se asorberi izrauju kao cilindrini razervoari, u kojima je obezbeena ravnomerna

raspodela otpadne vode, sa filtracijom od dna ka vrhu. Proraunska brzina vode je 2 do 4 m/h.

Karakteristine veliine adsorbera su:

masa komponente koja se adsorbuje

( ) aAhHm s = , (2.80)


64/108

- 64 -

visina sloja sorbenta

,hsAa

mH +

= (2.81)

dinamika aktivnost adsorbenta

,1 = aa (2.82)gde su:

H- visina sloja sorbenta,m,

m- masa komponente koja se asorbuje,kg,

A S - povrina poprenog preseka adsorbera,m2,

a- dinamika aktivnost sorbenta,kg/m3,

h- empirijska konstanta,m,

a1- dinamika aktivnost adsorbenta po jedinici mase,kg/kg,

gustina adsorbenta, kg/m3.

Primena aktivnog uglja kao adsorbenta

Adsorpcija je proces pomou koga se aktivnim ugljem uklanjaju estice iz vode. Tanije,

adsorpcija predstavlja "sakupljanje estica po celokupnoj povrini adsorbenta. " To je proces

odstranjivanja gde su izvesne estice ograniene na jednom delu povrine adsorbenta bilo

hemijskim ili fizikim dejstvom. esto se pojam adsorpcije brka sa pojmom apsorpcije, u kome je

supstanca sakupljena ili odstranjena prodiranjem po celoj zapremini.

Razlog zbog koga je aktivni ugalj tako dobar adsorbent jeste veliki broj upljina koje poseduje

(slika 2.25).

Slika 2.25. Povrine i pore ugljenika se poveavaju sa leva na desno


65/108

- 65 -

Aktivni ugalj koristi proces fizike adsorpcije putem privlanih van der Walsovih sila izvlaei

rastvorak iz rastvora po povrini adsorbenta. Jednom kada je rastvorak ogranien aktivnim

ugljem podrazumeva se da je uklonjen iz vode.

Adsorpcija pomou aktivnog uglja odvija se u tri osnovna koraka:

supstance adsorbuju po spoljanjosti aktivnog uglja

supstance se kreu ka unutranjosti pora

supstance adsorbuju po unutranjim zidovima aktivnog uglja.

Sposobnost adsorpcije se smanjuje tokom vremena i eventualni aktivni ugalj e biti zamenjen ili

reaktiviran. Izoterme su empirijske relacije koje se koriste da predvide koliko se rastvorka moeadsorbovati pomou aktivnog uglja. Tri najpoznatije izoterme su Freundlich-ova, Langmuir-ova i

Linear. U inenjerstvu zatite ivotne sredine i pri detaljnom tretmanu vode za pie najee

koriena izoterma je Freundlich-ova:

,1

nCkm

x= (2.83)

gde su:

x - masa adsorbovanog rastvorka,g,m - masa adsorbenta,g,

C zapreminska masena koncentracija rastvorka,g/l,

k, n - konstante,-.

Upotreba aktivnog uglja u industriji vode

Aktivni ugalj se u industriji vode koristi u nekoliko oblika, najee u obliku praha ili zrna,

susreui se sa mnotvom neeljenih aspekata u sirovoj vodi. Na slici 2.26 prikazano jepostrojenje za tretman vode i pilot skala kolona aktivnog uglja.


66/108

- 66 -

Slika 2.26. Upotreba aktivnog uglja u industriji vode

Sezonska primena prakastog aktivnog uglja (PAC) u uzorkovanoj sirovoj vodi ili u brzim

meaimase koriste u nekim postrojenjima za reavanje problema kratkotrajnog kvaliteta sirove

vode kao to je "cvetanje" vode. PAC se najee koristi za otklanjanje problema ukusa i mirisa

koji su estetsko merilo kvaliteta vode. Postoje i druge primene kao to su destrukcija

rezidualnog ozona i prevencija od hemijske kontaminacije, ali jo uvek nisu dokumentovani

(Mallevialle, 1992). Potrebno je kontakt vreme kako bi se odigrala adsorpcija. PAC je uklonjen iz

vode procesima koagulacije, flokulacije i sedimentacije. Kada je PAC jednom izdvojen iz vode

on se rasprostire uzdu talonog mulja. Neki od netradicionalnih sistema kao to su povrinski

skupljai pri tretmanu mulja takoe koriste PAC (Hoehn, 1996).

Slika 2.27 daje prikaz poreenje prakastog i granularnog aktivnog uglja.

PAC PAC GAC GAC

Slika 2.27. Poreenje prakastog i granularnog aktivnog uglja

2.4.4.2. NEUTRALIZACIJA


67/108

- 67 -

Neutralizacija otpadnih voda se zasniva na uzajamnom dejstvu vode, i kiselih , ili baznih

komponenata dodatih vodi, tako da se dobija neutralna reakcija vode

(pH = 7).

Neutralizacija se ostvaruje:

dodavanjem reagensa vodi

filtriranjem vode kroz materijale za neutralizaciju.

Za neutralizaciju kiselih voda primenjuju se kre (gaeni i negaeni), krenjak, mermer, dolomit.

Bazne vode se uvek neutralizuju tehnikom sumpornom kiselinom.

Najjeftiniji reagens je kre, i obino se primenjuje u obliku krenog mleka, a moe se primeniti

kao gusta pasta ili praak. Prednosti suvog doziranja u odnosu na mokro (vlano) su:

jednostavnija priprema reagensa, krae vreme taloenja, manja masa taloga. Pri neutralizaciji

vode sa sadrajem sumporne kiseline krenim mlekom, masa aktivnog kalcijum oksida je

105% - 110% u odnosu na stehiometrijsku. Pri suvom doziranju reakcije izmeu vrste i tene

faze ne idu do kraja, i sporije su u odnosu na vlano doziranje. Zbog toga pri neutralizaciji

pastom ili prahom masa aktivnog kalcijum oksida je 140% - 150% u odnosu na

stehiometrijsku.

Pri neutralizaciji hlorovodonine i azotne kiseline, masa aktivnog kalcijum oksida je 95% od

stehiometrijske.

Neutralizatori mogu biti sa vertikalnim i horizontalnim kretanjem otpadne vode.

Pri neutralizaciji vode u vertikalnim ureajima, minimalna visina sloja materijala je odreena

izrazom:,,)lg3( mvbDKH n += (2.84)

gde su:

D prenik zrna materijala za neutralizaciju,mm,

b masena zapremniska koncentracija kiseline (masa kiseline je u gram ekvivalentima),g/l,

v - brzina filtracije,m/h,

K ,n empirijske konstante.


68/108

- 68 -

Veliina n je uglavnom konstanta i iznosi 1,47. Vrednost K zavisi od vrste materijala za

neutralizaciju. Brzina filtracije obino iznosi 4-8 m/h. Zavisi od koncentracije kiseline i visine

filtrirajueg sloja. Pri veoj visini i manjim koncentracijama usvaja se vea brzina.

Duina horizontalnih ureaja za neutralizaciju odreuje se na osnovu izraza:

,,mvl = (2.85)gde su:

v brzina vode kroz filtar,m/s,

- vreme kontakta vode i materijala za neutralizaciju,s.

Brzina strujanja vode je obino 0,01 0,03 m/s. Povrina poprenog preseka ureaja je:

,2,mv

qA

&= (2.86)

gde su:

q& - zapreminski protok otpadne vode,m/s,

v brzina flotacije,m/s.

Dnevna potronja reagensa je:

,,~1dan

kgcmQm = && (2.87)

gde su:

Q& - dnevni protok otpadne vode, m3/dan,

m koeficijent stehiometrijska masa reagensa za neutralizaciju,g/g,

c~ - zapreminska masena koncentracija kiseline ilibaze,g/l.

Postrojenje za neutralizaciju ine: talonice, rezervoari kiselih i baznih voda, skladitenegaenog krea, sud za gaenje krea, rezervoar rastvaraa, dozatori, meai, reaktor za

neutralizaciju, talonik neutralizovanih voda, deponija mulja.

Maseni udeo aktivnogkalcijuma u rast

Documents

Tehnologije za zastitu okolisa-technology for environmental protection