COCl
2
TEHNOLOGIJA VODE
VODA
Voda je najrasprostranjenija materija na zemlji, ona pokriva oko ¾ zemljine površine.
Voda se smatra univerzalnim rastvaračem, ona ulazi u strukturu mnogih minerala ali u
rastvoru molikuri vode se usmeravaju da neutrališu sile privlačenja kristala da ne bi došlo do
kristalizacije.
PODELA VODA
Vode se mogu podeliti na sledeće načine:
Po mestu pojave u prirodi:
o
atmosferska voda,
o
podzemna i izvorska voda,
o
površinska voda,
o
kristalna voda,
o
hidrataciona voda.
Po stepenu prečišćenosti:
o
sirova voda (bez prečišćavanja),
o
čista voda (mehanički prečišćena),
o
omekšana voda (delimično ili potpuno, hemijskim postupkom),
o
destilovana voda,
o
kondenzna voda,
o
dekarbonizovana voda,
o
demineralizovana voda,
o
deferizovana voda,
o
demanganizovana voda,
o
otpadna voda.
Po upotrebi:
o
voda za parne kotlove,
o
voda za hladjenje,
o
voda za pranje,
o
voda za tehnološki proces,
o
voda za piće.
Strana 2
Poreklo sastojaka vode
Rastvoreni gasovi (kiseonik, azot, ugljendioksid) najčešće dospevaju u vodu
neposrednim rastvaranjem prilikom polaska kapi kise, pahuljica snega itd. kroz atmosferu,
odnosno prilikom kondenzacije npr. rose. Amonijak obično dospeva u vodu prilikom njenog
kontakta sa organskim supstancama u fazi raspadanja.
Organske supstance najčešće ulaze u vodu na sličan način kao amonijek, odnosno
posledica su mikrobiološkog raspadanja biljnih i životinjskih organizama ili pak metaboličkih
aktivnosti uopšte.
Suspendovane čestice se najčešće javljaju u površinskim vodama u koje dospevaju
ispiranjem iz zemljišta ili erozionim delovanjem vode u vodotokovima.
Rastvorene soli najčešće dospevaju u vodu putem neposrednog rastvaranja minerala iz
zemljine kore. Na ovaj način se u vodi javljaju sulfati, hloridi kalcijuma i magnezijuma,
većina soli alkalnih metala. Neke od soli npr. nitrati, mogu nastati kao posledica metaboličkih
aktivnosti mekroorganizama, biljaka i životinja.
Zagađenje prirodnih voda
Kao izvori zagađivanja prirodnih voda se mogu posmatrati praktično sve aktivnosti
čovjeka u kojima on koristi vodu, odnosno dolazi u dodir sa njom. Tako na primjer
poljoprivreda zagađuje vode putem rasturanja stajnjaka, primjene mineralnih đubriva,
korišćenja različitih sredstava za zaštitu bilja. Ove supstance kao takve, ili nakon djelimične
transformacije razlaganjem, npr. pod uticajem mikroorganizama, dospjevaju u podzemne vode
i zatim u sve vodne resurse. Ako npr. fosfati dospiju u površinske vode, potencijalno su opasni
jer potpomažu rast algi i drugih fotosintetičkih organizama, čijim daljim odumiranjem i
raspadanjem dolazi do eutrofikacije vode.
Sa uličnih površina i sa puteva u vodu mogu dospjeti so (NaCl + CaCl
2
) i njeni prateći
sastojci koji se koriste za borbu sa poledicom u zimskim uslovima. Olovo koje je sastojak
sredstava za povećanje oktanskog broja motornih goriva (benzina) dospijeva u atmosferu, na
zemljište pored puteva, i zatim u vodu. U uličnoj prašini se mogu naći razni industrijski i
drugi sastojci, koji takođe mogu dospjeti u vodu. Utvrđeno je, npr., da u kilogramu ulične
prašine ima i do pola grama kancerogenih supstanci.
Potencijalno najveću opasnost predstavljaju različite hemijske supstance koje dospijevaju
u vodu kao posledica primjene „nečistih” industrijskih procesa, tj. iz otpadnih voda, otpadnih
gasova ili čvrstih otpadaka industrijske proizvodnje. Stoga ćemo se ukratko osvrnuti na
najvažnije hemijske supstance koje se sreću u vodi i ukazati na njihovo porijeklo i na njihov
uticaj.
Nitrati
su posledica organske kontaminacije vode (nastaju aerobnom mikrobiološkom
razgradnjom bjelančevina i drugih organskih sastojaka sa azotom), ili primjene agrohemijskih
sredstava. U slučaju unošenja povećanih količina nitrata u organizam javljaju se znaci
trovanja, koji počinju sa dubljim i otežanim disanjem i pojavom plavog tona lica. Zatim
zatrovani gubi svijest i eventualno, umire. U literaturi su zabeleženi slučajevi teških trovanja
djece vodom u kojoj je sadržaj nitrata bio oko 33 mg/dm
3
.
Sumporvodonik
nastaje velikim dijelom usled metabolizma sulfata
mikroorganizmima rodova Spirillum i Microsporia, kao i bakterija Vibrio desulfuricans, V.
thermodesulfuricans, V. estuartii i sl., tako da se može pojaviti u povećanim količinama npr. u
Strana 4
ishrane i u telo čovjeka. Prvi veliki eksces koji je izazvan trovanjem živom otkriven je u
Japanu sedamdesetih godina prošlog vijeka u industrijskom mjestu Minamata. To trovanje je
nazvano „minamata” bolest, jer su u neposrednoj blizini veliki industrijski kapaciteti za
proizvodnju hlora na bazi tečne živine elektrode. Poslije ovog ekscesa intenzivno je došlo do
supstitucije elektrolizera sa tečnom živinom katodom korišćenjem elektrolizera sa
membranama. Proizvodnja hlora je osamdesetih godina prošlog vijeka iznosila 40 miliona
tona, od toga se oko ½ proizvodila pomoću elektrolizera sa tečnom živinom katodom. Danas
je proizvodnja hlora sa tečnom živinom katodom zanemarljiva.
Mangan
se prirodno nalazi u vodi i esencijalan je za čovjeka; pošto ga je potrebno
3 - 9 mg/dan, dozvoljeni sadržaj u pitkoj vodi mu je do 0,05 mg/dm
3
. Međutim, u prisustvu
povećanih količina mangana mijenja se boja i druge fizičke osobine vode, što ograničava
njenu primjenu za pojedine svrhe. U vodu uglavnom dospijeva iz otpadaka rudnika i topionica
rude, tako da mu koncentracija dostiže i do 1 mg/dm
3
.
Hrom
, toksikološki posmatrano, nema većeg značaja, mada ima podataka da hromati i
bihromati mogu oštetiti kožu, sluzokožu i krvne sudove. U vodu dospjeva putem otpadnih
voda i otpadaka metalurgije i elektroindustrije.
Nafta
i njeni derivati vrlo često zagađuju vodu, u koju dospjevaju usled havarija na
tankerima i brodovima, namjernog ispuštanja prilikom pranja tankera nakon njihovog
pražnjenja, ispuštanja iskorišćenih maziva u kanalizaciju, i na slične načine. Kada dospije na
površinu vode nafta se vrlo brzo rasprostranjuje, pokrivajući vodu veoma velikim brojem
sićušnih kapljica koje sadrže alifatične ugljovodonike i različita aromatična jedinjenja: 1 cm
3
nafte prepokriva i do 12 m
2
vode sa oko 15 · 10
12
kapljica.
BISTRENJE VODE
Prva faza pripreme vode odnosi se na bistrenje, pod bistrenjem vode podrazumeva se
uklanjanje suspendovanih i koloidnih materija a vrši se jednim od sledečih postupaka ili
njihovom kombinacijom:
Prirodno taloženje (sedimentacija),
Koagulacija i flokulacija,
Filtracija,
Membranska separacija,
Centrifugalno taloženje,
Flotacija.
Taloženje suspendovanih materija
prirodnim putem iz vode zasniva se u padanju
čestica pod uticajem gravitacije, na ovaj način se mogu izdvojiti krupnije čestice i čestice koje
imaju veću gustinu od vode. Koloidne čestice u vodi su veoma malih dimenzija i imaju isti
naboj a kreću se po principu Brawn-ovog kretanja bez sudara tako da mogu dugo da lebde.
Dodavanjem određenih sredstava - koagulacija dolazi do uslova da se čestice sudaraju i
ukrupnjavaju - flokulacija - što kao posledica ima za stvaranje uslova da se čestice talože.
Centrifugiranjem
se izdvajaju čestice iz vode pomoću centrifugalne sile koja je
daleko veća od sile zemljine teže. Ovaj postupak se retko koristi u procesu bistrenja, mnogo
češće u kristalizacionim procesima.
Strana 5
Flotacija
je izdvajanje čestica iz vode uz dodavanje materija za flotaciju uz ubacivanje
vazduha, pri ovim uslovima materije iz vode se koncentrišu i u vudu pene, izdvajaju na
površinu sa mehurićima vazduha.
Filtracija
je najvažnija operacija u pripremi vode kojom se ona oslobađa
nerastvorenih grubo dispergovanih materija prolazom kroz neki porozni materijal. Filtracija je
izdvajanje čvrstih supstanci iz mulja posle taložnika, bisti deo se vraća u proces a čvrsti šalje
na spaljivanje ili odlaže na organizovanu deponiju. Filtracija se u pripremi vode primenjuje za
uklanjanje primarno grubih onečistoća ili sekundarno formiranih flokula veličine čestice preko
0,1mm. Filtracijom vode može se menjati i biološki sastav vode.
Prema vrsti filtracionog materijala filtri se dela na sledeće:
peščane filtre,
naplavne filtre,
mikro cediljke,
filter prese,
membranske filtre.
Membranska separacija
je jedna od novih tehnologija koje nalaze sve širu primenu u
pripremi vode za piće. membranske procesi su svi oni precesi koji se odvijaju na membrani ili
posredstvom membrane, to su procesi zasnovani na selektivnoj propustljivosti membrane,
biološki procesi uz pomoć mikroorganizama ili enzima koji su zadržani ili imobilisani na
membrani, adsorpciji na adsorbensu koji je zadržan na membrani ili od strane same
membrane. Princip membranske filtracije je vrlo jednostavan, membrana predstavlja barijeru
koja ima sposbnost selektivnog propuštanje čestica. Odvajanje čestica odvija se zbog njihove
medjusobne razlike u veličini, obliku ili hemijskoj strukturi zbog kojih membrana jedne
propušta a druge ne. Da bi smo razdvojili čestice koje se lako mešaju potrebno je uložiti
energiju. U većini membranskih procesa razlika pritiska predstavlja pokretačku silu
membranske separacije i često se naziva transmembranski pritisak. Membrana nikad ne može
potpuno odvojiti čestice iz smeše ali u mnogim slučajevima i primenama razdvajanje je vrlo
blizu potpunom. Prednost membranskih procesa nad ostalim procesima u tehnologiji vode je u
tome što proces troši vrlo malo hemikalija ili ih uopšte ne troši i što se na malom prostoru
mogu obraditi velike količine vode a dobijena voda je vrlo visokog kvaliteta.
Primjena membranskih procesa.
Zahvaljujući svojim dobrim eksploatacionim osobinama
membranske tehnologije se široko koriste u pripremi i obradi vode.
Prednost membranskih procesa nad ostalim procesima u tehnologiji vode je u tome što proces
troši vrlo malo hemikalija ili ih uopšte ne troši i što se na malom prostoru mogu obraditi velike
količine vode, a dobijena voda je vrlo visokog kvaliteta.
Nedostaci membranskih procesa su što voda prije dolaska na membranu mora biti prethodno
obrađena, tj. iz nje treba da budu uklonjene grube i koloidne disperzije, kao i dio soli koji mogu
stvarati naslage na membrani, a često je prisutan i problem zbrinjavanja koncentrata koji ponekad
može ugroziti izvodljivost i isplativost membranskog procesa.
Strana 7
trovalentno (Fe
3+
) i dvovalentnog mangana (Mn
2+
) u četvorovalentni mangan (Mn
4+
) u
prisustvu rastvorenog kiseonika i njihovo taloženje na posebno pripremljenim „aktiviranom”
pijesku.
Filtracijom vode može se mijenjati i biološki sastav vode. Koncentracija
mikroorganizama u vodi smanjuje se u zavisnosti od kvaliteta filter mase. Npr. pješčani filtri
- spori - mogu da smanje prisustvo mikroorganizama do 95 % . Memebranski filtri mogu da
uklone mikroorganizme čak do 99,99 %.
Može se zaključiti da filtracija vode nije samo tehnološka operacija odvajanja faza
mehaničkim odvajanjem suspendovanih čestica iz vode, već su prisutni i drugi fizičko-
hemijski procesi kao na primjer:
taložno djelovanje filtra,
hemijsko djelovanje filtra,
katalitičko i adsorpciono djelovanje filtra,
biološko djelovanje filtra.
Osnovna funkcija filtra je izdvajanje suspendovanih materija iz vode, ali ni ostale
funkcije nisu zanemarljive. Međutim, u zavisnosti od zahtjeva bira se filtracioni materijal i
tehnička rješenja filtracije.
Filtri koji se primjenjuju u pripremi vode
Prema vrsti filtracionog materijala filtri se dijele na slijedeće:
pješčane filtre,
naplavne filtre,
mikro cjediljke,
filter prese
membranske filtre
Najčešće korišćeni pješčani filtri prilikom filtracije vode kako u industriji tako i u pripremi
vode za piće, prema načinu rada mogu biti:
spori gravitacioni filtri,
brzi gravitacioni filtri,
zatvoreni filtri koji rade pod pritiskom.
Prirodne vode sadrže manje ili više rastvorenih soli, uglavnom kalcijuma i
magnezijuma, koje mijenjaju osobine vode i mogu da imaju neželjene efekte pri korišćenju.
Voda sa povećanim sadržajem rastvorenih mineralnih soli, ako se koristi za hlađenje, može
da stvara naslage kamenca na stijenkama izmjenjivačkih površina ili na grejnim površinama
kotla što povećava otpor za prolaz toplote, a može da izazove i oštećenja uređaja:
+Q
Ca(HCO
3
)
2
→ CaCO
3
↓ + CO
2
+ H
2
O
Voda prije upotrebe u industriji bez obzira na izvor mora se hemijski pripremiti tj.
smanjiti sadržaj rastvorenih soli u vodi. Najčešće se uklanjaju bikarbonatne soli kalcijuma i
magnezijuma, Ca(HCO
3
)
2
i Mg(HCO
3
)
2
.
Postupci koji se primjenjuju u osnovi su:
