Univerzitet u Novom Sadu Prirodno matematički fakultet Departman za hemiju, biohemiju i zaštitu životne sredine Udruženje za unapređenje zaštite životne sredine Novi Sad Fondacija "Docent dr Milena Dalmacija" RAZVOJ PLANA ZA BEZBEDNO SNABDEVANJE VODOM ZA PIĆE KONVENCIONALNI TRETMAN VODE Prof. dr Jasmina Agbaba Novi Sad, 23 25. septembar, 2015. 1
IMPLEMENTACIJA PLANA ZA SIGURNO SNABDEVANJE VODOM Tipovi rizika koje treba proceniti kao deo sigurnosnog plana obrade vode 2
U cilju implementacije PSV za tretman vode, neophodno je jasno definisati ciljeve kvaliteta obrađene vode, uključujući njenu prihvatljivost za potrošača. Moraju se uzeti u obzir i zahtevi za kvalitetom finalno obrađene vode, kako bi mogli upravljati rizikom od pogoršanja kvaliteta vode tokom njene distribucije i u okviru vodovodnog sistema potrošača. Adekvatno upravljanje postrojenjem za tretman vode za piće zahteva kvalifikovano osoblje: dobro obučeni i kompetentni operateri upoznati sa planom za sigurno snabdevanje vodom za piće aktivno doprinose implementaciji PSV upoznati sa procedurama za slučaj opasnosti obučeni da odgovore i na negativne uticaje koji su van domena njihove redovne kontrole 3
MULTIBARIJERNI PRISTUP U PRIPREMI VODE ZA PIĆE - podupire uspešno sprovođenje plana za sigurno snabdevanje vodom integrisani sistem koji se sastoji od niza procedura, procesa i postupaka koji zajedno omogućavaju prevenciju ili smanjenje kontaminacije vode za piće od izvorišta do slavine, sa ciljem smanjenja rizika po zdravlje ljudi Komponente multibarijernog pristupa 4
Različite vrste tretmana se mogu primenjivati pojedinačno ili u kombinaciji, kako bi se određeni štetni uticaj sveo na prihvatljivi nivo. Postoji stroga zavisnost između količine štetne materije prisutne u vodi, efikasnosti svake faze u tretmanu, uticaja na naredne faze tretmana, i mogućnosti da dođe do promena u kvalitetu vode tokom prolaska kroz distribucionu mrežu i vodovodni sistem potrošača. Neophodno je utvrditi adekvatne radne limite (maks. ili min. kontrolni limit) za svaku fazu procesa pripreme vode za piće, kako bi se održala efikasnost određene faze u tretmanu i sprečilo ugrožavanje narednih faza. Primeri multibarijernog i jednobarijernog pristupa u pripremi vode za piće 5
SEPARACIJA ČVRSTO/TEČNO I PROCESI UKLANJANJA - najčešće su prvi deo tehnološke linije obrade voda u sklopu multibarijernog pristupa Vode u prirodi uvek sadrže različite rastvorene materije i/ili čestice nepoželjne su jer: mogu povećati ć mutnoću ć i boju vode preko prihvatljive granice mogu ometati obradu vode mogu biti infektivni agens (mikroorganizmi) na česticama mogu biti adsorbovane toksične materije neke čestice mogu biti prekursori toksičnih ih nusprodukata dezinfekcije itd. 6
KOAGULACIJA I FLOKULACIJA Koagulacijom se destabilizuju koloidne čestice dodatkom soli koagulanata, koje neutrališu njihovo naelektrisanje, smanjuju repulzivne sile između čestica i omogućavaju njihovo približavanje i spajanje. U procesu flokulacije destabilizovane čestice ili, pak, čestice nastale koagulacijom međusobno se povezuju i tom prilikom obrazuju veće aglomerate. Ovim procesom se uklanjaju fine submikronske suspendovane čestice koje su povezane sa mutnoćom vode, bojom vode ili sa koloidima u vodi. 7
Za koagulaciju se najčešće primenjuju: j soli aluminijuma (Al 2 (SO 4 ) 3, KAl(SO 4 ) 2,NaAlO 2 ) soli gvožđa (FeCl 3, Fe 2 (SO 4 ) 3, FeSO 4 ). Dodaju u reaktor sa brzim mešanjem uz korekciju ph vrednosti do tačke u kojoj dolazi do precipitacije (formiranje flokula). Kod podzemnih voda sa visokim sadržajem Fe, formiranje flokula se može postići i samim snižavanjem ph vrednosti. Uspešno se mogu primeniti i polimerni koagulanti novijih generacija (polialuminijum hlorid - PACl) - snižavaju potrebu za rigoroznim smanjenjem ph vrednosti i poboljšavaju performanse drugih separacionih procesa u tretmanu. U cilju poboljšanja dejstva koagulanata, kao pomoćna koagulaciona sredstva primenjuju se flokulanti. 8
Rizici tokom koagulacije i flokulacije vode i mere smanjenja j rizika ik Osnovni rizici kvaliteta vode tokom koagulacije i flokulacije potiču od loše projektovanog i/ili loše kontrolisanog procesa. Kritični faktori koji se pri procesu koagulacije moraju strogo kontrolisati: Mešanje ph vrednost vode Doza koagulanta PROCES KOAGULACIJE 9
ph vrednost Utiče na: površinsko naelektrisanje koloida; naelektrisanje funkcionalnih grupa prirodnih organskih molekula; naelektrisanje čestica koagulanta; površinsko naelektrisanje flokula l i rastvorljivost koagulanta Stabilnost hidroksida (Al: ph 5,5-7,7, Fe: ph 5-8,5) - odstupanje od ovih ph vrednosti dovodi do rastvaranja hidroksida i pojave jona Me koji ostaju rastvoreni u vodi nakon obrade. Pri hidrolizi soli Al i Fe nastaju kiseline koje upravo teže da snize ph vode, usled čega može doći do rastvaranja hidroksida. Optimalna doza koagulanta Zavisi od boje, sadržaja rastvorenih OM i mutnoće, kao i od kvaliteta tretirane vode koji se želi postići. Podešavanje doze i ph: manueno (za vode koje imaju stabilan kvalitet) i automatskim sistemom kontrole (za vode iz promenljivih vodozahvata). Nedovoljna doza koagulanta ili nemogućnost održavanja ph vred. na nivou rastvorljivosti Me: povećanje konc. rastvorenog Fe ili Al. nepotpuno uklanjanje OM i/ili mutnoće - negativno utiče na efikasnost narednih procesa u tretmanu. Prevelika doza koagulanta - velika rezidualna koncentracija soli u vodi nakon bistrenja (može ugroziti fazu filtracije, a na kraju i kvalitet tretirane vode). 10
Primena polimernih flokulanata npr. poliakrilamida Mora se voditi računa o dozi Ovakva vrsta kontaminacije ne može lako biti izmerena na samom postrojenju, pa je rizik od predoziranja obično kontrolisan poznavanjem specifikacije proizvoda kojom se definiše maksimalna doza, što se definiše u radnim procedurama na postrojenju. j Ukoliko se voda iz procesa separacije jednim delom vraća u proces, to se mora uzeti u obzir prilikom izračunavanja koncentracije polielektrolita. Mešanje Neefikasno mešanje (na mestu doziranja hem.) ne postizanje željenih efekata. U slučaju suviše intenzivnog mešanja tokom faze flokulacije, dolazi do kidanja nastalih flokula i njihovog usitnjavanja - smanjuje se mogućnost njihovog efikasnog izdvajanja taloženjem i/ili filtracijom. Navedeni rizik ik se može prevazići primenom odgovarajućih mešalica. 11
Mere smanjenja rizika pri koagulaciji i flokulaciji odgovarajući izbor hemikalija za koagulaciju; kontrola ph vrednosti tokom koagulacije, kao i doze koagulanta, i povezivanje sa alarmom, koji upozorava na moguće nedostatke procesa; on-line merenje primarnih faktora koji utiču na koagulaciju (mutnoća, boja, DOC, UV 254 apsorbancija), sa ciljem da se odredi i održi optimalna doza koagulanta i flokulanta; Mere smanjenja rizika UCL = μ + 3 σ efikasno održavanje sistema za doziranje i praćenje rada pumpi; redovno vizelno praćenje radnih performansi i/ili laboratorijskih rezultata doziranja koagulanta i flokulanta, kako bi se izbeglo nedovoljno ili preveliko doziranje hemikalija; odabir odgovarajućeg dizajna flokulatora koji bi omogućio maksimalno mešanje na mestu doziranja hemikalija i sprečio razaranje flokula formiranih tokom flokulacije. CL = μ LCL = μ - 3 σ Kontrolna karta za ph vrednost UCL i LCL - limiti statističke kontrole procesa i odražavaju prirodnu varijabilnost procesa: μ - srednja vrednost, σ - standardna devijacija merenja 12
BISTRENJE Taloženje omogućava bistrenje vode uklanjanjem većine flokula koje su prethodnim procesima koagulacije i flokulacije l formirane efikasnost procesa zavisi i od kvaliteta t vode nakon flokulacije. Izbor taložnika se mora proceniti za svaku pojedinačnu situaciju, ali neke generalne smernice su da se moraju obezbediti : stabilni uslovi protoka vode, efikasno uklanjanje mulja bez mrtvih zona, odgovarajuća ravnoteža između protoka vode i uklanjanja mulja kako bi se obezbedili optimalni hidraulički uslovi za sedimentaciju. 13
Rizici tokom bistrenja vode i mere za smanjenje j rizka Osnovni rizici kvaliteta vode tokom bistrenja potiču od loše projektovanog i/ili loše kontrolisanog procesa sedimentacije/bistrenja: ij t j neadekvatna distribucija protoka između delova procesa, ili brze promene protoka, što može dovesti do potencijalnog hidrauličkog preopterećenje; poklapanje perioda maksimalne proizvodnje na postrojenju sa najlošijim kvalitetom sirove vode, što može ugroziti performanse procesa bistrenja; proticanje ili premošćavanje sloja mulja, što povećava mogućnost prodora flokula dalje u proces filtracije; Rizici tokom bistrenja vode dugo vreme zadržavanja mulja, što vodi razvoju mikrobiološke aktivnosti i narušavanju sloja mulja, kao i formiranju septičkih muljeva; neefikasno uklanjanje mulja; razvoj algi usled sunčevog zračenja u taložnicima koji su otvoreni i izloženi atmosferskim uticajima, kao i negativni uticaj vetra i kiše koji mogu izazvati smanjenu efikasnost procesa bistrenja. 14
Najbolje mere za smanjenje navedenih uticaja na proces bistrenja jesu pažljivo praćenje protoka i redovno uklanjanje formiranog mulja, čime se obezbeđuju optimalni hidraulički uslovi. Ukoliko je taložnik otvoren, trebalo bi ga na neki način pokriti, da bi se smanjila mogućnost razvoja algi ili uticaj vremenskih prilika. Redovno praćenje i adekvatan rad procesa koagulacije i flokulacije omogućava da flokule odgovarajućeg kvaliteta prelaze u fazu bistrenja. Efikasnost većine procesa bistrenja zavisi od stabilnosti protoka, pa je jedna od važnih mera predviđanje potreba narednih procesa u tretmanu, i primena rezervoara za čuvanje izbistrene vode, jedan od načina da se spreči hidraulički šok. 15
FILTRACIJA Filtracija je proces koji se primenjuje za uklanjanje sitnih čestica iz vode, njenim provođenjem kroz porozne medijume. Različiti vidovi filtracije - po sastavu filtarske ispune, smeru kretanja vode kroz filtarski sloj, brzini filtracije i načinu ostvarivanja pogonske sile za filtraciju. konvencionalna filtracija predtretman koagulacija, flokulacija italoženje; direktna filtracija predtretman koagulacija i flokulacija bez taloženja; vode sa <15 NTU; in-line filtracija dodatak koagulanta pre filtra; dvostepena filtracija predtretman koagulacija, filtracija kroz grubi filtar (odvija se flokulacija i zadržavanje nekih čestica), filtracija kroz finiji filtar; vode sa 100 NTU i za manja postrojenja. 16
Izbor filterske ispune Filtarska ispuna treba da zadovolji sledeće zahteve: da su čestice filtracionog materijala odgovarajuće veličine; da je dovoljne dubine; da je homogena; da je hemijski inertna i čvrsta kako se ne bi oštetila prilikom filtracije i prilikom pranja filtra. Monomedijumski Dvomedijumski Višemedijumski Smatra se da je filtracija dovoljno efikasna kada je mutnoća profiltrirane vode <0,1 NTU. 17
Rizici tokom filtracije vode i mere smanjenja j rizika ik Iako su se filteri pokazali kao izuzetno efikasni za uklanjanje niza kontaminanata, njihov rad i adekvatno održavanje dž praćenć jenizom rizika, ik koji mogu ugroziti njihovu efikasnost: 1. Hidrauličko preopterećenje 2. Oštećenje ili gubitak filterske ispune 3. Neefikasno ispiranje 4. Izbor vode za ispiranje 5. Filtrat slabog kvaliteta 6. Smanjenje kvaliteta vode koja dospeva na filter 7. Nemogućnost odvodnjavanja j 8. Kvar na kontrolnim ventilima 9. Dospevanje neželjenih materija 18
Hidrauličko preopterećenje Pratiti da li filter radi prema projektovanom opterećenju. Omogućiti adekvatan rad filtera i u slučajevima kada jedan od njih ne radi zbog pranja. Poseban rizik predstavlja povećanje proizvodnje na postrojenju j (povećana potrošnja). Ravnomerno rasporediti opterećenje između više filtera. Ako je moguće, stepen promene protoka u toku filtracije treba smanjiti na najmanju moguću meru. Oštećenje ili gubitak filterske ispune Periodično proveriti visinu i izgled filterske ispune Proveriti putanje pri ispiranju tj. da li postoje mrtve zone ili dolazi do formiranja blatnih lopti. Ozbiljno narušen filterski sloj zameniti novim materijalom. Ukoliko filter služi i za zadržavanje Mn iz vode, poželjno je ostaviti deo stare ispune - autokatalitički deluje na dalje izdvajanje j Mn. Ukoliko to nije moguće - neophodno je uhodavanje filtera uvođenjem rastvora KMnO 4 u cilju prevlačenja zrnaca nove filtarske ispune slojem MnO 2. 19
Neefikasno ispiranje Učestalost pranja zavisi od uslova na postrojenju - redovno pranje filtera pre nego što dođe do smanjenja pritiska ili povećanja mutnoće. Protok vode za pranje treba da je toliki da ekspanduje ili fluidizuje filtarsku ispunu (za 20-25%) 25%), ali da je ne iznosi sa sobom. Ukoliko dolazi do značajnih sezonskih promena T i ρ vode - prilagoditi brzine ispiranja. Nakupljeni materijal na površini filtra dobro da serastrese, da bi se mogao isprati iz filtra - pored vode, za ispiranje se primenjuje i vazduh. Izbor vode za ispiranje Veoma važan posebno kada se na kraju procesa zahteva korekcija ph vrednosti. Ispiranje i dopunjavanje vodom čija je ph vrednost izvan opsega pogodnog za koagulant koji se koristi, može negativno uticati na kvalitet vode sa filtra. Uobičajeno se za pranje troši 3-6% profiltrirane vode. Ako nema dovoljno vode, otpadna voda od pranja se može recirkulisati u proces obrade vode (koag/flok: voda od pranja se meša sa sirovom vodom). Vraćanjeć vode od pranja filtra u proces obrade vode može dovesti do ozbiljnih problema u vođenju procesa, tako da ovaj način rada zahteva dodatno angažovanje u cilju postizanja željenog kvaliteta obrađene vode. 20
Filtrat slabog kvaliteta Nastavak rada filtera nakon pranja i sleganja filtracionog sloja kritičan je momenat za kvalitet obrađene vode - značajno veći broj mikroorganizama u odnosu na broj pri stabilnoj filtraciji. Problem je moguće ć prevazići primenom tzv. sporog starta - prve količine isfiltrirane vode se odbacuju. Ukoliko je i nakon "sporog starta" mikrobiološki kvalitet profiltrirane vode loš, u filtru postoje žarišta infekcije - potrebno je obaviti pojačano pranje i dezinfekciju filtra (npr. hipohloritom). Smanjenje kvaliteta vode koja dospeva na filter Filteri se projektuju tako da mogu da podnesu određeni opseg opterećenja koji nosi voda koja se filtrira - obično to nije više od 3 NTU, ali u nekim slučajevima se može filtirati i voda veće mutnoće. Ukoliko dođe do smanjenja kvaliteta vode koja se filtrira, to može uticati na skraćivanje radnog veka filtera, i zahteva, kao minimalnu meru, češće ispiranje filtera. 21
Kvar na kontrolnim ventilima Ventili u kvaru mogu propuštati nefiltriranu vodu ili prljavštinu u sistem odvođenja vode iz filtera, posebno tokom ciklusa pranja filtera. Kako bi se ovaj rizik smanjio, potrebno je instalirati određene blokade, da bi se sprečio neodgovarajući rad ventila ili nastavak rada iako ventili nisu u mogućnosti da se otvore ili zatvore. Dospevanje neželjenih materija Filteri su ponekad instalirani u unutrašnjosti postrojenja, ali mogu biti i na otvorenom prostoru. Ukoliko se nalaze napolju, moguće je da se vrh filtera zaprlja neželjenim materijalima (lišće, ptičji izmet, insekti, i dr) - negativno utiče na kvalitet vode. U takvim situacijama je najbolje instalirati trajni ili privremeni pokrivač za filter. Kontrolni parametri koji najbolje odgovaraju za praćenje performansi procesa filtracije treba da budu određeni za svaki specifičan slučaj. Parametar koji se uobičajeno prati kao dobar indikator efikasnosti rada filtera je na primer mutnoća - filterom koji dobro radi mutnoća vode se može svesti na 0,1 NTU ili nižu vrednost. 22
HEMIKALIJE KOJE SE PRIMENJUJU U TRETMANU VODA 23
HVALA NA PAŽNJI! 24