disertacija.pdf

UNIVERZITET U NOVOM SADU ACIMSI

Inženjerstvo zaštite životne sredine

mr sci Dragoslav Stefanović dipl.grañ.inž.

EFEKTI REAKCIONIH FILTERA NA BAZI MODIFIKOVANIH PRIRODNIH MINERALA U

PREČIŠČAVANJU OTPADNIH VODA

- DOKTORSKI RAD -

Novi Sad 2010

KLJUČNA DOKUMETACIJSKA INFORMACIJA

1

Univerzitet u Novom Sadu

Asocijacija centara za interdisciplinarne i multidisciplinarne studije i istraživanja – ACIMSI

Ključna dokumentacijska informacija

Redni broj: RBR

Identifikacioni broj: IBR

Tip dokumentacije: TD

Monografska dokumentacija

Tip zapisa: TZ

Tekstualni štampani materijal

Vrsta rada (dipl., mag., dokt.): VR

Doktroski rad

Ime i prezime autora: AU

mr Dragoslav Stefanović dipl.grañ.inž.

Mentor (titula, ime, prezime, zvanje): MN

dr Srñan Kolaković, redovni profesor

Naslov rada: NR

Efekti reakcionih filtera na bazi modifikovanih prirodnih minerala u prečiščavanju otpadnih voda

Jezik publikacije: JP

Srpski (latinica)

Jezik izvoda: JI

srp. / eng.

Zemlja publikovanja: ZP

Republika Srbija

Uže geografsko područje: UGP

Vojvodina

Godina: GO

2010

Izdavač: IZ

autorski reprint

Mesto i adresa: MA

Trg D. Obradovića 6, 21000 Novi Sad, Republika Srbija


2

Fizički opis rada: FO

(broj poglavlja / stranica / slika / grafikona / referenci / priloga) (9 /139/15/16/67/9)

Naučna oblast: NO

Zaštita životne sredine

Naučna disciplina: ND

Zaštita voda

Predmetna odrednica, ključne reči: PO

Adsorbcija, otpadne vode industrije mleka, modifikovani aluminosilikati, zeoliti, prećišćavanje otpadnih voda industrije mleka, Darsijevi koeficijenti filtracije, ozonizacija

UDK Čuva se: ČU

U biblioteci Univerziteta u Novom Sadu, Trg D. Obradovića 6, 21000 Novi Sad, Srbija

Važna napomena: VN

Izvod: IZ

Savremena mlekarska industrija ima

značajan uticaj na životnu sredinu zbog velike količine otpadne vode sa visokim sadržajem organskih materija. Otpadne vode mlekarske industrije dodatno opterećuje neizmenično prisustvo kiselina ili baza, neophodnih u procesu ćišćenja sistema i, kao posledica, varijabilnost pH.

U ovom radu je ispitivana mogućnost primene prirodnih i modifikovanih aluminosilikata, zeolita, u prećišćavanju otpadne vode mlekare "Beograd" AD "Imlek".

Prirodni zeoliti su neorganski katjonski izmenjivači. Izmenjivi katjoni u mineralu i na površini mogu se zameniti dugolančanim organskim katjonima površinski aktivnih supstanci, pri čemu dolazi do grañenja organo-mineralnog kompleksa. Na ovaj način se dobija adsorbent sa povećanom sposobnošću adsorpcije anjona, ali što je vrlo značajno, ovakav adsorbent poseduje i sposobnost simultane adsorpcije


3

nekih katjonskih i organskih kontaminanta U laboratorijskim uslovima u "pilot"

eksperimentu je formirana kolona aluminosilikata. Tehničko-tehnološke karakteristike ovog filtracionog medijuma su odredjene praćenjem protoka vode kroz kolonu i izračunavanjem Darsijevih koeficijenata filtracije.

Definisanje optimalnog odnosa pojedinih hidrauličkih karakteristika i stepena efikasnosti reakcionih filtera na bazi prirodnih ili kontrolisano modifikovanih, mineralnih adosrbenasa dobila bi se osnova za primenu prirodnih minerala i organominerala u realnim sistemima.

U poslednjih dvadest godina razvoja tehnologije vode posebna pažnja se posvećuje primeni ozona u sistemu obrade vode. Primena ozona je prvenstveno zasnovana na izvanrednim oksidacionim i dezinfekcionim karakteristikama. U cilju smanjenja cene instalacije za generisanje ozona i povećenja efikasnosti procesa ozonizacije posebna pažnja se posvećuje istraživanju unapreñenih oksidaconih procesa (AOPs- Advanced oxidation prcesses), kao što je kombinacija ozonizacije sa UV zračenjem ili dodatkom vodonik peroksida.

Predmet istraživanja ove teze je i provera efikasnosti novog tipa generatora ozona sa dielektričnim barijernim pražnjenje-DBP, (orginalne konstrukcije, razvijenog na Fizičkom fakultetu Univerziteta u Beograd) u cilju praktične primene u tretmanu otpadnih voda mlekara.

Istraživanje mogućnosti prečiščavanje otpadnih voda mlekarske industrije modifikovanim alumosilikatima (zeolitima) i ozonizatorom sa dielektričnim barijernim pražnjenjem- DBP je po prvi put sprovedena za potrebe tretmana otpadnih voda industrije mleka.

Datum prihvatanja teme od strane NN veća: DP

19. oktobar 2006 g.


4

Datum odbrane: DO

Članovi komisije: (ime i prezime / titula / zvanje / naziv organizacije / status) KO

predsednik: dr Spasenija Milanović, red. prof., Tehnološki fakultet, Univerzitet u Novom Sadu član: dr Mirjana Miloradov-Vojnović, prof. emeritus, FTN , Univerzitet u Novom Sadu član: dr Marijana Carić, prof. emeritus, Tehnološki fakultet, Univerzitet u Novom Sadu član: dr Milorad Kurajica , van. prof., Fizički fakultet, Univerzitet u Beogradu član: dr Srñan Kolaković, red. prof., FTN, Univerzitet u Novom Sadu, mentor


5

University of Novi Sad ACIMSI

Key word documentation

Accession number: ANO

Identification number: INO

Document type: DT

Monograph documentation

Type of record: TR

Textual printed material

Contents code: CC

Doctoral dissertation

Author: AU

Dragoslav Stefanović

Mentor: MN

Srñan Kolaković, Ph.D, Professor

Title: TI

Efficiency of reaction filters based on modified natural minerals in wastewater purification process

Language of text: LT

Serbian (latin)

Language of abstract: LA

eng. / srp.

Country of publication: CP

Serbian

Locality of publication: LP

Vojvodina

Publication year: PY

2010.

Publisher: PU

Autor’s reprint

Publication place: PP

Novi Sad, Trg D. Obradovića 6, 21000 SR


6

Physical description: PD

(number of chapters/ pages / pictures1/ graphs/ lit. citations / additional list) (9 /139/15/16/67/9)

Scientific field SF

Protection of environment

Scientific discipline SD

Water Protection

Subject, Key words SKW

Adsorption, waste water dairy industry, natural aluminosilicates, zeolites, purification of waste waters dairy industry, Darcy's filtration coefficients

UC Holding data: HD

Library of Novi Sad University, Trg D. Obradovića 6, 21000 Novi Sad, SR

Note: N

Abstract: AB

General trend in the development of dairy industry – highly automated and efficient production lines, has a profound impact on the environment, due to the large wastewater production with high content of organic compounds. In addition to the presence of milk, this type of wastewaters also contain casein and other proteins, lactose and lipids. Dairy industry wastewaters are futher characterised with the variable pH, which is the consequence of the cleaning proces where acids and bases are added in turns to the system.

Methods applied in the dairy

wastewater management essentially are not different from the wastewater management in other indutries. Those are methods of dillution in the natural wastewater acceptor, irrigation of wet lands, processing in sewage basins, biological filtration in the presence of adequate microorganisms for purification, chemical precipitation with chemical coagulantsm, etc.

In this study we investigated

possibilities for application of natural aluminosilicates, zeolites and clays in the diary wastewater management of factory »Beograd AD Imlek«. In the laboratory conditions in the pilot experiment a column with patented mix of


7

aluminosilicates and activated carbon (ATN) was formed. Efficiency of this filtration agent was estimated by physico-chemical parameters of treated wastewater, while technological characteristics of the system were estimated by wastewater flow monitoring and calculation of Darcy's filtration coefficients.

Accepted on Scientific Board on: AS

October 19, 2006

Defended: DE

Thesis Defend Board: DB

president: Spasenija Milanović, Ph.D, Professor, President, Faculty of Tehnology, Novi Sad member: Mirjana Miloradov-Vojnović, Ph.D, prof. emeritus, Faculty of Technical Sciences, Novi Sad member: Marijana Carić, Ph.D, Professor prof. emeritus, Member, Faculty of Tehnology, Novi Sad member: Milorad Kurajica, Ph.D, associate prof. Professor, Faculty of Physics, Belgrade member: Srñan Kolaković, Ph.D, Professor, Mentor, Faculty of Tehnology, Novi Sad

Hvala Duboku zahvalnost izražavam svima koji su mi pomogli u izradi ove teze, a prvenstveno: Prof. dr Srñanu Kolakoviću, redovnom profesoru Tehničkog fakulteta Univerziteta u Novom Sadu,, Prof. dr Mirjani Miloradov-Vojnović, profesoru emeritusu Prirodno- matematičkog fakulteta Univerziteta u Novom Sadu, Prof. dr Božidaru Batiniću, redovnom profesoru u penziji Grañevinskog fakulteta Univerziteta u Beogradu, Prof. dr Marijani Carić, profesoru emeritusu Tehnološkog fakultet Univerziteta u Novom Sadu, Prof. dr Spaseniji Milanović, redovnom profesoru Tehnološkog fakultet Univerziteta u Novom Sadu, Prof. dr Miloradu Kurajici, vanrednom profesoru Fizičkog fakulteta Univerziteta u Beogradu, dr Magdaleni Tomaševič Čanović naučnom savetniku u penziji ITNMS-a u Beogradu,

Mirjani Kastratović pokrajinskom inspektoru za zaštitu životne sredine svim mojim kolegama i prijateljima u ACIMSI Univerziteta u Novom Sadu, svim mojim kolegama i prijateljima na Grañevinskom i Fizičkom fakultetu u Beogradu, na Institutu za tehnologiju nuklearanih i drugih mineralnih sirovina u Beogradu svim mojim kolegama, prijateljima i ostalim zaposlenim u kompaniji AD “Imlek”, Stefanović Nadeždi, Sekuli, Andrijani, Uni i mom sinu Draganu. Autor

SADRŽAJ

Efekti reakcionih filtera na bazi modifikovanih prirodnih minerala u prečišćavanju otpadnih voda 1

Sadržaj Strana: 1. Uvod 5 2. Opšti deo 7 2.1. Vrste otpadnih voda i njihove karakteristike 7 2.1.1. Karakteristike komunalnih otpadnih voda 8 2.1.2. Hemijske karakteristike industrijskih otpadnih voda 9 2.1.2.1. Karakteristike otpadnih voda industrije mleka 10 2.2. Prečišćavanje otpadnih voda 11 2.2.1. Opšte mere zaštite voda 11 2.2.2. Procena parametara od značaja za prečišćavanje otpadnih voda 12 2.2.3. Postupci prečišćavanja komunalnih otpadnih voda 12 2.2.4. Prečišćavanje industrijskih otpadnih voda 13 2.2.5. Prečišćavanje otpadne vode iz pogona za preradu mleka 14 2.2.6. Tretman vode u zavisnosti od porekla i veličine cestita 16 2.3. Prirodni aluminosilikati 18 2.3.1. Zeoliti 20 2.3.2. Površinska modifikacija silikatnih minerala- formiranje sloja organskog modifikatora na površini zeolita 23 2.3.3. Primena prirodnih aluminosilikata u prečišćavanju otpadnih voda 25

2.3.3.1. Uklanjanje NH4+ jona iz kontaminiranih voda

adsorpcijom na prirodnom zeolitu 26

SADRŽAJ


2.3.4. Primena modifikovnih aluminosilikata kod prečišćavanja otpadnih voda 27

2.3.4.1. Adsorpcija neorganskih anjona na modifikovanim zeolitima 27 2.3.4.2. Adsorpcija organskih kontaminanta na modifikovanim zeolitima 27

2.4. Ozon 30 2.4.1. Dobijanje ozona 31 2.4.2. Primena ozona u procesu prečiščavanja voda 32 2.4.3. Primena ozona u tretiranju otpadnih voda 32

2.4.4. Karakteristike plazma reaktora na bazi Dijelektricnog barijernog pražnjenja (DBP) orginalne konstrukcije 32

3. Cilj rada 37 4. Materijal i metode ispitivanja, dobijeni rezultati 39

4.1. Opis kanalizacionog sistema mlekare "Beograd" - AD "Imlek" 39

4.2. Protoci otpadnih voda u mlekari 40 4.3. Fizičko-hemijsko ispitivanje otpadnih voda 41 4.3.1. Prethodna ispitivanja 41 4.3.2. Metode fizičko-hemijskog ispitivanja 44 4.3.2.1. Metode ispitivanja fizičko-hemijskih parametara otpadne vode pri prethodnim ispitivanjima 44 4.3.2.2. Metode ispitivanja fizičko-hemijskih parametra otpadne vode nakon filtracije ili ozonizacije 45 4.3.3. Fizičko-hemijske karakteristike otpadne vode mlekare AD

"Imlek" - rezultati 46 4.3.3.1. Odnos upotrebljene voda i prerañenog mleka 52 4.4. Filtracija vode kroz stub adsorbensa 53 4.4.1. Fizičko-hemijske karakteristike adsorbensa 53 4.4.2. Tehničko-tehnološke karakteristike kolone sa adsorbensom 58 4.4.2.1. Hidraulična ispitivanja 67 4.4.3. Filtracioni postupak 68 4.5. Modifikovani zeoliti-organozeoliti 70 4.5.1. Materijali i metode dobijanja modifikovanih zeolita- organozeolita 70

4.5.1.1. Polazne sirovine 70 4.5.2. 1. Dobijanje organo-zeolita 71

4.5.2. Uticaj Ph i jonske jačine na adsorpcionu ravnotežu

SADRŽAJ


amin/zeolit 73 4.5.3. Metode odreñivanja karakteristika zeolita i organozeolita 74

4.5.3.1. Odreñivanje hemijskog sastava 74 4.5.3.2. Odreñivanje ukupnog kapaciteta katjonske izmene 74 4.5.3.3. Odreñivanje spoljašnjeg kapaciteta katjonske izmene 74 4.5.3.4. Odreñivanje slobodnog amina u rastvoru 74 4.5.3.5. Metoda infracrvene spektroskopije 75 4.5.3.6. Rengenska analiza termički tretiranih uzoraka zeolita i organo-zeolita- Metoda termogravimetrijske i diferencijalno termičke analize (TGA/DTA) 75

4.5.3.7. Odreñivanje mineralnog sastava polaznog uzorka zeolita- Metoda rendgenske difrakcije (XRPD) 75

4.5.4. Filtracija vode kroz stub adsorbensa - rezultati 76 4.5.4.1. Hidraulična ispitivanja strujanja kroz poroznu

sredinu (Darsijevi koeficijenti filtracije) 76 4.6. Rezultati ispitivanja karakteristika modifikovanih zeolita 83

4.6.1. Karakterizacija polaznog uzorka zeolita 83 4.6.1.1. Hemijski sastav polaznog uzorka zeolita 83

4.6.1.2. XRPD polaznog uzorka zeolita 83 4.6.1.3. Ukupni KKI, vrsta izmenjivih katjona i SKKI vrednost polaznog uzorka zeolita 84

4.6.2. Adsorpcija SDBAH na zeolitu i sepiolitu 85 4.7. Rezultati tretmana vode kroz aktivni filter ogranozeolita 94

4.8. Tretman vode plazma reaktorom na bazi dijelektričnog barijernog pražnjenja (DBP) orginalne konstrukcije, dobijeni rezultati 103 4.8.1. Predtretman i tretman otpadnih voda mlekare plazma reaktorom na bazi dijelektricnog barijernog pražnjenja (DBP) orginalne konstrukcije 83

4.8.1.1. Predtretman otpadne vode mlekare za potrebe tretmana vode plazma reaktorom na bazi dijelektricnog barijernog pražnjenja (DBP) orginalne konstrukcije 103 4.8.1.2. Tretman otpadne vode mlekare plazma reaktorom na bazi dijelektričnog barijernog pražnjenja (DBP) orginalne konstrukcije 103

4.8.2. Rezultati tretmana vode plazma reaktorom na bazi dijelektricnog barijernog pražnjenja (DBP) orginalne konstrukcije 106

SADRŽAJ


5. Diskusija 109

5.1. Fizičko-hemijske karakteristike otpadne vode AD "Imlek" 110 5.1.1. Prosečna produkcija otpadne vode u odnosu na prerañenu količinu mleka 111 5.2. Prečišćavanje otpadne vode AD "Imlek" adsorpcijom u koloni aluminosilikata- hidrauličke karakteristike 111

5.3. Prečišćavanje otpadne vode AD "Imlek" plazma reaktorom na bazi Dijelektričnog barijernog pražnjenja (DBP) orginalne konstrukcije 114

6. Zaklju čci 116 7. Prilozi 121

7.1. Tabelarno izračunavanje Darsijevih koeficijenata filtracije k, koeficjenata otpora λ i Rejnoldsovog broj Re 121

7.2. Tabelarni prikaz rezultata tretmana vode plazma reaktorom na bazi Dijelektricnog barijernog pražnjenja (DBP) orginalne konstrukcije 128

8. Lista skraćenica 132 9. Literatura 136 Summary 140

1.UVOD


1. Uvod

Voda ne zna za geografske granice, politčke, ekonomske ili druge prepreke. Voda je potreba svakog čoveka bez obzira na boju kože, veru ili naciju. Poseduje magičnu moć života, kao osnovni sastojak svega živećeg na planeti. Ne može se zameniti.

To je istovremno najdragoceniji i najugroženiji prirodni reusrs. Razdoblje 2005- 2015 godina predstavlja meñunarodnu dekadu akcije „Voda za život“1. Ova akcija je počela 22. marta 2005. godine na Svetski dan voda. Dugo je vladala zabluda da je Srbija bogata vodnim resursima i da voda ne može biti limitirajuči faktor razvoja. Prirodni uslovi koji determinišu vodni režim na teritoriji Srbije su nepovoljni. Samo 8% svih voda Srbije se formira na sopstvenoj teritoriji. Srbija sopstvnih voda ima najmanje tamo gde su potrebe najveće a generalno vode ima malo u vremenu kada su potrebe najveće.2 Uzevši u obzir prethodno rečeno ovaj rad je imao za temu zaštitu voda i to posebno tretman voda zagañenih u tehnološkom procesu mlekarske industrije.

Metode obrade otpadne vode mlekarske industrije ne razlikuju se mnogo od drugih metoda prečišćavanja industrijskih otpadnih voda. To su do sada najčešće bile metode razblaženja u prirodnom prijemniku otpadne vode, irigacija napuštenog zemljišta, obrada u septičnim bazenima, biološko filtriranje sa filtracionim materijalom (šljaka, šljunak, pesak) uz prisustvo mikroorganizama za prečiščavanje otpadnog materijala i postupak hemijskog taloženja uz primenu hemijskih koagulanata.

Opšti trend u razvoju mlekarske industrije, izgradnja velikih postrojenja, visoke automatizacije i efikasnosti, ima značajan uticaj na životnu sredinu zbog velike količine otpadne vode sa visokim sadržajem organskih materija. Pored izvesne količine mleka u ovim otpadnim vodama se mogu naći kazein i drugi proteini, laktoza i masti. Otpadne vode mlekarske industrije dodatno opterećuje neizmenično prisustvo kiselina ili baza, neophodnih u procesu čišćenja sistema i, kao posledica, varijabilnost pH.

Mogući način pristupa u rešavanju problema prečiščavanja otpadnih voda mlekarske industrije su korišćenje:

- reakcioni filteri na bazi organo zeolita i - primena ozona u tretmanu otpadnih voda.

1.UVOD


Shodno tome cilj ovog rada je bio da ispita mogućnost kao i efekte primene adsorbenata na bazi organozeolita, kao i posebno uticaj direktne ozonizacije vode.

Primena adsorbenata na bazi organo-zeolita ima višestruku prednost u odnosu na druge konvencionalne metode prečišćavanja voda. Ovi materijali poseduju visoku efikasnost ka adsorpciji širokog spektra zagañujućih materija. U radu je pokazano da se mogu koristiti i pri prečišćavanju voda u kojima je istovremeno prisutno više zagañujućih supstanci, prvenstveno organskih. Dostupnost, relativno niska cena (u aprilu 2010 godine prodajna cena modifikovanog zeolita, za potrebe tretmana voda proizvoñača ITNMS Beograd je koštala 30 RSD/kg a prodajna cena aktivnog uglja proizvoñača Trayal Korporacija Kruševac je koštala 250- 600 RSD/kg), dobra hidraulička svojstva čine ovaj materijal pogodnim za primenu pri prečišćavanju većih vodenih sistema.

U radu su definisani optimalni uslovi dobijanja modifikovanih zeolita različitih veličina čestica i različitog stepena hidrofobnosti. Ispitane su hidrauličke osobine, kao i stabilnost u različitim uslovima primene.

U laboratorijskim uslovima u "pilot" eksperimentu projektovana je kolona. Odreñivanje i definisanje optimalnog odnosa pojedinih hidrauličkih karakteristika

i stepena efikasnosti reakcionih filtera na bazi prirodnih ili kontrolisano modifikovanih, mineralnih adosrbenasa sa ciljem utvrñivanja efiksanosti adsorbcije pojedinih zagañujučih supstanci u vodama dobila se osnova za primenu organominerala u realnim sistemima. Ispitan je odnos hidrauličkih karakteristika (vodopropustljivost) i stepen efiksnosti reakcionih filtera na bazi organozeolita. Veća krupnoća čestica ima veću filtracionu moć ali manju efikasnost adsorbcije zagañujućih supstanci. Ako bi se usvojila vrlo sitna granulomatrija filtri bi morali biti velike površine a samim tim skupi u grañevinskom smislu.

Izgrañeno je pilot postrojenje koje je omogućilo ispitivanje karakteristika filtracija vode kroz stub adsorbensa prirodnih ili modifikovnih aluminosilikata.

Tehničko-tehnološke karakteristike rešenja su odreñene praćenjem protoka vode kroz kolonu i izračunavanjem Darsijevih koeficijenata filtracije.

Druga tehnologija koja je ispitana u ovom radu je primena ozona u sistemu obrade vode a što se u poslednjih dvadesetak godina sve više istražuje. Primena ozona je prvenstveno zasnovana na izvanrednim oksidacionim i dezinfekcionim karakteristikama. Upotrebu ozona ograničava cena instalacije za generisanje ozona. U cilju smanjenja cene instalacije za generisanje ozona i povećenja efikasnosti procesa ozonizacije posebna pažnja se posvećuje istraživanju unapreñenih oksidaconih procesa (AOPs- Advanced oxidation processes), kao što je kombinacija ozonizacije sa UV zračenjem ili dodatkom vodonik peroksida. Na Fizičkom fakultetu Univerziteta u Beogradu u labaratoriji „Centra za nauku i tehnološki razvoj“ razvijen je orginalni ureñaj za direktnu ozonizaciju vode. Predmet istraživanja ove teze je i provera efikasnosti ovog novog tipa plazma reaktora na bazi Dijelektričnog barijernog pražnjenja (DBP) u cilju praktične primene u tretmanu otpadnih voda mlekara.

Ističe se da su ovakva istraživanja prvi put rañena na primeru otpadnih voda mlekarske industrije.

2. OPŠTI DEO

Efekti reakcionih filtera na bazi modifikovanih prirodnih minerala u prečišćavanju otpadnih voda

7

2. Opšti deo

2.1. VRSTE OTPADNIH VODA I NJIHOVE KARAKTERISTIKE

Brz porast stanovništva i dinamičan razvoj industrije uslovljavaju permanetni rast potrošnje vode što dovodi do stalnog porasta količine otpadne vode. S druge strane, zbog širenja industrijske proizvodnje, u otpadnim vodama je sve širi spektar nepoželjnih supstanci, mogućih zagañujućih supstanci. Pod otpadnim vodama podrazumevaju se sve one vode koje nakon upotrebe u naseljima i industrijskoj proizvodnji ili oticanjem atmosferskih padavina sa površine zemljišta, naselja i kompleksa industrije menjaju svoje fizičke, hemijske i biološke osobine, povećavaju sadršaj primesa, koloida i rastvorenih supstanci, koje mogu biti organskog ili mineralnog porekla. Otpadne vode po nastanku su komunalne otpadne vode, otpadne vode industrije i atmosferske otpadne vode (slivne otpadne vode, nastale usled atmosferskih padavina, spiranjem sa saobraćajnih platoa, zemljišta i industrijskih objekata). Osnovni parametri na osnovu kojih se prati kvalitet otpadnih voda su temperatura, boja, miris, vidljive materije, pH, taložne materije, suvi ostatak, žareni ostatak, gubitak žarenjem, suspendovane materije, hemijska potrošnja kiseonika (HPK), biološka potrošnja kiseonika (BPK5) i elektroprovodljivost. Pored navedenih osnovnih parametara predviñeno je prikupljanje podataka o specifičnim karakteristikama u zavisnosti od tipa otpadnih voda odnosno njihovog porekla3. Kvalitet ispuštenih otpadnih voda pre ispuštanja u vodotokove, recipijente je zakonski regulisan. Zato je neophodno izgraditi postrojenje za prećišćavanje otpadnih voda, što je u skladu sa dugoročnom politikom zaštite čovekove okoline. Prema poreklu, primese u vodi mogu biti:

2. OPŠTI DEO


8

- Živi organizmi - Čestice mineralnog porekla - Čestice organskog porekla.

Prema veličini čestica kao i prema ponašanju pri izdvajanju iz vode, ukljućujući mineralne i organske materije kao i žive organizme, primese u vodi svrstavaju se u nekoliko kategorija:

a) Suspendovane i plivajuće materije (grubo dispergovane ili mehaničke primese) imaju čestice veće od 10-4 mm1

b) Koloidne čestice (veličine od 10-6 mm1 do 10-4 mm1) c) Pravi rastvori (molekularno dispergovane čestice veličine manje od 10-6 mm1) Suspendovane i plivajuće materije (grubo dispergovane ili mehaničke primese) i

koloidne čestice obrazuju sa vodom heterogeni sistem sa graničnim površinama izmeñu faza. Sastoje se od peska, gline i raznog drugog materijala mineralnog ili organskog porekla.

Grubo dispergovane i koloidne čestice čine vodu mutnom. Molekularno dispergovane čestice obrazuju sa vodom pravi rastvor (c)).

Pravi rastvori mogu biti neorganskog, jonskog (anjoni i katjoni) ili organskog porekla.

2.1.1. KARAKTERISTIKE KOMUNALNIH OTPADNIH VODA

Veći deo komunalnih otpadnih voda čine upotrebljene vode iz domaćinstava. Za njih je karakterističan konstantan sastav u jednom regionu u dužem periodu, kao rezultat životnog standarda i načina življenja stanovništva. Karakteristika komunalnih otpadnih voda je prisustvo neorganskih i organskih materija, u čvrstom, suspendovanom i rastvorenom obliku. Neorganske čvrste materije su inertne materije koje nisu podložne raspadanju. Neorganske čvrste materije su pesak, mulj, šljunak, a približno jedna trećina ovih materija odvaja se taloženjem. Od neorganskih rastvorenih supstanci najvažnije su mineralne soli. Organske materije su uglavnom materije koje vode poreklo od mikroorganizama i otpadnih produkata živih bića. Glavne grupe ovih materija su proteini, ugljeni hidrati i masti zajedno sa produktima njihovog raspadanja. Količina svih materija, organskih i neorganskih, odreñuje kvalitet vode. Nestabilne otpadne vode su one koje sadrže veliku količinu čvrstih materija naročito organskih, dok se voda sa malo organskih čvrstih materija može okarakterisati kao stabilna. Pored toga, komunalne otpadne vode sadrže mikroorganizme, od kojih su neki patogeni.

2. OPŠTI DEO


9

2.1.2. KARAKTERISTIKE INDUSTRIJSKIH OTPADNI H VODA

Za razliku od komunalnih otpadnih voda, kvalitet i kvantitet industrijskih otpadnih voda može da varira u jako širokom opsegu, čak i u otpadnoj vodi istog industrijskog objekta tokom dana. To je posledica odreñene dinamike nastajanja otpadnih voda unutar samog proizvodnog postupka, ali i različitog inteziteta rada industrije. Posebno se ističu udarna ispuštanja otpadnih voda, što predstavlja ispuštanje veće količine otpadne vode u relativno kratkom vremenu. U otpadnim vodama industrije može se pojaviti veliki broj raznovrsnih zagañujućih materija. Usled pojave novih sintetičkih materija, njihov broj stalno raste. Zagañujuće materije su obično neorganske soli, kiseline, razne organske materije, suspendovane materije, plivajuće čvrste i tečne materije, radioaktivne i penušave materije, kao i mikroorganizmi i topla voda.

Karakteristike otpadnih voda po granama industrije 4:

• Hemijsku, naftnu i petrohemijsku industriju karakteriše velika potrošnja vode. Sastav otpadnih voda zavisi od vrste sirovina, proizvoda i samog tehnološkog postupka. Specifični parametri zagañenja ove grane su temperatura, ekstremne vrednosti pH, suspendovane materije, prisustvo povećanih koncentracija azota, fosfora, nitrata, sulfata, kalijuma, kalcijuma, fluorida, arsena, nikla, hroma, hlorida, olova, cinka, bakra, fenola, raznih ugljovodonika, cijanida, titana, silikata, merkaptana, sulfida, ulja i masti.

• U prehrambenoj industriji voda se troši za transport sirovina, izlučivanje korisnih

sastojaka, za termičku obradu gotovih proizvoda, rashlañivanje i čišćenje. Karakteristični parametri zagañenja u otpadnoj vodi ove industrijske grane su taložive i suspendovane materije, prisustvo raznih organskih jedinjenja, povećane količine azota, fosfora, hlorida, prisustvo ulja i masti, povišena temperatura.

• U industriji papira voda se koristi za izlučivanje sirovina i stvaranja pulpe.

Otpadne vode karakterišu ekstremne vrednosti pH, suspendovane materije, prisustvo raznih organskih jedinjenja, boja, teških metala, sulfida, fenola, azota i fosfora.

• U kožarskoj i tekstilnoj industriji voda se troši za pripremu sirovina i doradu

proizvoda. Karakteristike otpadne vode su povišena temperatura, ekstremne vrednosti pH, prisustvo taloživih i suspendovanih materija, boja, rastvorenih neorganskih i organskih supstanci, posebno hroma, sulfida, fenola, ulja i masti.

• U metaloprerañivačkoj industriji količina otpadnih voda je relativno mala, ali je

opterećenost toksikantima specifična i velika (ekstremne vrednosti pH, prisustvo ulja, teških metala, hroma, olova, cinka i kadmijuma, kao i fenola).

2. OPŠTI DEO


10

• Otpadne vode poljoprivrede potiču prvenstveno sa stočnih farmi sa

izñubrivanjem.

2.1.2.1. Karakteristike otpadnih voda industrije mleka Karakteristike otpadne vode mlekarske industrije su specifične i bitno se razlikuju od otpadnih voda drugih grana prehrambene industrije. Složenost proizvodnje sa više pogonskih jedinica za različite proizvode, od kojih svaki daje svoju otpadnu vodu, čini problem otpadnih voda ove industrije posebno kompleksnim. To su pogonske jedinice za pripremu, pasterizaciju i pakovanje mleka, za proizvodnju sira, butera, mleka u prahu ili drugih mle čnih proizvoda. Pored izvesne količine mleka u otpadnim vodama pojedinih pogona se mogu naći surutka, sa primesama kazeina i drugih proteina, laktoze i masti, kao i sredstva za čišćenje sistema. Upotreba sredstava za čiščenje sistema posebno karakteriše otpadne vode mlekarske industrije. Naizmeničnost prisustva kiselina i baza, neophodno je u procesu čišćenja sistema, posebno karakteriše veliko variranje pH. Prisustvo laktoze i masti je posebno nepoželjno u otpadnim vodama mlekarske industrije. Ukoliko se u otpadnoj vodi ne nalaze dovoljne količine kiseonika dolazi do anaerobnog razlaganja laktoze, a nastala mlečna kiselina utiče na pH i omogućava nepoželjno taloženje kazeina i procese koji stvaraju jake i neugodne mirise. Zbog svoje hidrofobne prirode i zato otežanog čišćenja, prisustvo masti predstavlja poseban problem. Pored toga što povećava biološku potrošnju kiseonika, mast se zadržava i na zidovima kanalizacinog sistema i sistema za prečiščavanje otpadnih voda, a izaziva i probleme pri sedimentaciji u tanku za sedimentaciju, jer se širi po površini.

2. OPŠTI DEO


11

Tabela 1. Karakteristike otpadne vode mlekarske industrije ________________________________________________________________________ Poreklo HPK BPK mast Nt Pt pH Ukupne Ukupne čvrste suspend. materije materije ________________________________________________________________________ M6 4 000 2 600 400 55 35 8-11 - 675 M5 4 000 2160 - 200 60 5-9 5 100 - M8 4 500 2 300 - 56 33 7,2 2 540 816 M9 3 190 1 950 690 43 7 5-10 1 500 820 PS7 4 430 3 000 754 18 14 7,32 - 1 100 PJ7 1 500 1 000 - 63 7,2 - - 191 __________________________________________________________________ M-mlekara; PS-proizvodnja sira; PJ-proizvodnja jogurta HPK-hemijska potrošnja kiseonika; BPK-biološka potrošnja kiseonika; Nt-ukupni azot; Pt-ukupni fosfor; sve vrednosti, osim za pH, su date u mg/l; - nije odreñivano

2.2. PREČIŠČAVANJE OTPADNIH VODA

2.2.1. OPŠTE MERE ZAŠTITE VODA

Nema održivog razvoja ukoliko se ne upravlja vodenim ciklusom. Zbog kompleksnog problema vodom se mora upravljati integralno. Svako planiranje budućeg razvoja zahteva veoma ozbiljne radove na ureñenju, zaštiti i koriščenju vode: Da bi se ostvarila zaštita voda potrebno je u prvi plan staviti sledeće mere zaštite:

• rekonstrukciju, dogradnju i dovoñenje u optimalne radne uslove postojeće ureñaje za prečišćavanje otpadnih voda

• predtretman toksičnih industrijskih otpadnih voda, pre njihovog upuštanja u gradske kanalizacione sisteme

• prečišćavanje otpadnih voda onih industrija, koje moraju da imaju svoja nezavisna postrojenja za prečišćavanje

• zamenu manje efikasnih tehnologija u efikasnije • obezbeñenje uslova za sanitarno, ispravno rukovoñenje i deponovanje svih

muljeva nastalih u procesu prečišćavanja otpadnih voda • striktnu i stalnu kontrolu otpadnih voda, izradu i stalno ažuriranje katastra

zagañivača i voñenje represivne politike u skladu sa zakonskom regulativom koja se odnosi na zaštitu kvaliteta voda.

2. OPŠTI DEO


12

2.2.2. PROCENA PARAMETARA OD ZNAČAJA ZA PREČIŠĆAVANJE OTPADNIH VODA

Da bi se sagledao uticaj otpadnih voda na recipijent i životnu sredinu i dobili relevantni podaci za primenu ureñaja za prečišćavanje otpadnih voda i kontrolisala njihova efikasnost, neophodno je da se stalno prati količina i kvalitet otpadnih voda. Hidraulički proračuni i hemijska analiza se, za komunalne otpadne vode, može relativno dobro uraditi, jer su sezonski ustaljene, kako po prosečnom dnevnom hidrauličkom opterećenju i sastavu, tako i po udarnim opterećenjima za jednu urbanu sredinu. Industrijske otpadne vode razlikuju se po kvalitetu i kvantitetu. Da bi se mogli definisati osnovni parametri industrijske otpadne vode potrebno je poznavati podatake koji definišu proizvodnju. Tek nakon toga se, pored opštih parametara, mogu definisati specifični parametri koji su kakteristični za svaku pojedinačnu zagañujuću supstancu. Na osnovu tehnologije proizvodnje odreñuje se i dinamika uzorkovanja, tip uzorka, kao i karakteristični period uzorkovanja u toku meseca ili godine.

2.2.3. POSTUPCI PREČIŠĆAVANJA KOMUNALNIH OTPADNIH VODA

U terminologiji obrade komunalnih otpadnih voda pojedine faze prečišćavanja najčešće se označavaju kao: 1. primarna, 2. sekundarna i 3. tercijalna.

1. Primarni tretman, odnosno mehanička obrada vode uključuje odstranjivanje krupnih otpadaka, kao i mineralnih i organskih materija čije su gustine veće od vode. Mehanička obrada obuhvata odstranjivanje krupnih otpadaka na rešetkama, uklanjanje peska u peskolovu i sendimetaciju suspendovanih materija u taložniku. Da bi se povećala efiksnost taloženja ili smanjila koncentracija fosfata često je neophodan hemijski tretman otpadne vode, koji se uvodi pre primarnog taložnika. Najčešći postupci hemijskog tretmana komunalnih otpadnih voda su:

• Hemijsko poboljšanje taloženja suspendovanih materija - malim dozama koagulanata koji se dodaju ispred taložnika čime se poboljšava

izdvajanje suspendovanih materija. - flokulacija sa anjonskim polielektrolitima

Proces ukrupnjavanja koloidnih čestica karakterišu dve osnovne faze:

- faza destabilizacije, koju karakteriše povećani udeo uspešnih dodira u smislu njihovog konačnog spajanja – koagulacija,

- faza transporta kojim se povećava učestalost dodira – flokulacija

2. OPŠTI DEO


13

Koagulacija je fizičko – hemijski proces prevoñenja kvazi jednofaznog sistema (u ovom ispitivanju su to otpadne vode mlekarske proizvodnje) u pravi dvofazni sistem, destabilizacijom koloidnih čestica hemijskim sredstvima, čime se ostvaruje preduslov za njihovu agregaciju. Koagulacijom se u vodu unose materija koja će neutralizovati obično elektronegativne koloide u vodi i izazvati taloženje. Flokulacija je fizički proces formiranja mase krupnih flokula od sitnih, destabilizovanih koloidnih čestica, stvaranjem povećanog gradijenta brzine u masi vode.

• Primarna ili direktna precipitacija. Pored poboljšanja taloženja, ovim postupkom uklanjaju se i fosfati. U tu svrhu upotrebljavaju se veće doze koagulanta nego u prethodnom slučaju 10.

2. Pod sekundarnom obradom podrazumeva se biološki tretman otpadne vode.

Biološki tretman obuhvata tehnološke postupke kojima mikroorganizmi svojim metabolizmom razgrañuju i uklanjaju takozvane biodegradabilne supstance. Biološki postupak tretmana otpadnih voda čini aerobna ili anaerobna razgradnja. Otpadni mulj iz komunalnih otpadnih voda, bilo da je primarni još ne prerañeni, ili da je već sa mikroorganizmima izreagovani aktivni mulj iz procesa biološke obrade, mora se stabilizovati, bezbedno odložiti ili koristiti u druge svrhe.

3. Pod tercijarnim tretmanom podrazumeva se uklanjanje jedinjenja azota N i

fosfora P, glavnih faktora eutrofikacije vode. Komunalne otpadne vode sadrže visoke koncentracije amonijačnog i ukupnog azota, tako da sekundarni tretman nije dovoljan za uklanjanje i sprečavanje njihovog štetnog delovanja. Azotna jedinjenja iz otpadnih voda opterećuju površinske vode i doprinose visokoj primarnoj produkciji i, zajedno sa fosfornim jedinjenjima utiču na brže "starenje" jezera i akumulacija. Najefikasniji način eliminacije azota iz gradskih otpadnih voda jeste biološka nitrifikacija i denitrifikacija. Nitrifikacija je biološki proces u kome se niževalentne forme azota, u striktno aerobnim uslovima, oksidišu nitrifikacionim bakterijama do nitrita, a zatim do nitrata. Denitrifikacijom se postepenom redukcijom nitrati prevode u elementarni azot koji odlazi u atmosferu zajedno sa malom količinom N2O. Najpovoljniji način uklanjanja fosfatnih jedinjenja je taloženje ortofosfata solima gvožña ili aluminijuma. Fosfati se mogu uklanjati u primarnom, sekundarnom i tercijarnom stepenu obrade11.

2.2.4. PREČIŠĆAVANJE INDUSTRIJSKIH OTPADNIH VODA

U industrijskim otpadnim vodama se često nalazi veliki broj supstanci, koje se moraju u visokom procentu ukloniti pre ispuštanja u recipijent. Iz tog razloga neophodno je sveobuhvatno ispitivanje industrijskih otpadnih voda, kako po kvalitetu tako i po kvantitetu, kako bi se napravio pravi izbor načina prečiščavanja. Takoñe, treba voditi računa o dispoziciji industrijskog objekta i naselja, mogućnosti ponovne upotrebe

2. OPŠTI DEO


14

(recirkulacije) prečišćenih voda, kao i zakonske regulative, normi i propisa. Najćešće varijante prečiščavanja su:

• Direktno upuštanje industrijskih otpadnih voda u gradsku kanalizaciju, mešanje sa komunalnim otpadnim vodama i zajedničko prečišćavanje na gradskom postrojenju.

• Predtretman - prethodno prečišćavanje industrijskih otpadnih voda nakon čega se

efluent upušta u gradsku kanalizaciju i meša sa komunalnim otpadnim vodama. Ovako pomešane otpadne vode se prečišćavaju na gradskom postrojenju. Predtretmani industrijskih otpadnih voda su neophodni radi dovoñenja kvaliteta efluenta na kvalitet komunalnih otpadnih voda. U tabeli 2. dati su različiti postupci prethodnog prečišćavanja, u zavisnosti od porekla i karaktera zagañenja. To su uobičajeni metodi predtretmana, mada postoji još čitav niz specifičnih postupaka u zavisnosti od prirode toksičnih supstanci.

• Potpuno prečišćavanje industrijskih otpadnih voda pre njenog definitivnog

ispuštanja u recipijent. Potreban procenat uklanjanja zagañujućih supstanci iz industrijskih otpadnih voda, koje se ispuštaju u gradski kanalizacioni sistem, je mnogo manji nego za prirodne recipijente. Zbog toga je znatno lakše tretiranje ove otpadne vode. Za ispuštanje industrijskih otpadnih voda u prirodne recipijente, zbog potrebe za visokom efikasnošću samog tretmana, neophodno je koristiti veći broj složenih, specifičnih i skupih postupaka, a često je potrebno i ponavljanje pojedinih faza prečišćavanja.

2.2.5. PREČIŠĆAVANJE OTPADNE VODE IZ POGONA ZA PRERADU MLEKA

Praksa dobre zaštite od zagañenja iz pogona mlekarske industrije uključuje:

• smanjen gubitak proizvoda tokom procesa prerade • upotrebu većih pakovanja, po mogućnosti za jednokratnu upotrebu • sakupljen otpadni materijal, što omogućava njegovo korišćenje u druge svrhe,

na primer kao stočne hrane • optimalnu upotrebu vode i sredstava za čišćenje (posebno onih na bazi

fosfata); kad god je moguće koristiti sistem recikliranja vode • razdvojene efluente sanitarnih instalacija, procesa proizvodnje i hlañenja, čime se omogućava proces recikliranja vode

• upotrebu kondenzata umesto sveže vode za čišćenje • korišćenje mlaza vode pod pritiskom, čime se smanjuje količina potrebne

vode Metode koje se primenjuju za obradu otpadnih voda iz pogona za pripremu i preradu mleka su:

2. OPŠTI DEO


15

1. Razblaženje u prirodnom prijemniku otpadne vode je moguće ako otpadne

vode nemaju previsok stepen zagañenja i ako nisu zapreminski obimne, a prirodni uslovi to dozvoljavaju.

2. Irigacija napuštenog zemljišta, ako u blizini pogona postoji dovoljna površina neplodnog, napuštenog zemljišta. Za dobar irigacioni sistem koriste se drenažne cevi, postavljene u specijalno pripremljene kanale, koji se od mesta izliva iz pogona lepezasto šire, tako da ravnomerno obuhvataju čitavu površinu. Na mestu ispuštanja otpadne vode iz pogona najčešće se nalazi rezervoar, koji se u odreñenim vremenskim intervalima sam prazni, dajući tako vodi potreban impuls, da bi mogla doći i do najudaljenijih tačaka sistema. Na krajevima irigacionih cevi obavezno se postavljaju ventilacioni otvori koji omogućavaju pravilan tok vode kroz cevi.

3. Obrada u septičnim bazenima, samo za otpadne vode sa manjom količinom nečistoća. Otpadna voda se ispušta u bazene u kojima miruje odreñeno vreme (24 do 72 časa) u kome dolazi do samoprečišćavanja aerobnim procesima.

4. Biološko filtriranje sa filtracionim materijalom (šljaka, šljunak, pesak) u koje je prethodno dodata odreñena količina otpadnog mulja sa već prisutnim mikroorganizmima za prečišćavanje otpadnog materijala, uglavnom organskog porekla. Za formiranje dobre biološke sredine za proces prečišćavanja potrebno je izvesno vreme, dve do tri nedelje ("sazrevanje" filtra).

5. Obrada aktivnim muljem je proces koji se takoñe zasniva na biološkim osnovama prečišćavanja. Otpadna voda, uz aeraciju, ostaje u bazenima sa aktivnim muljem najmanje 30 sati, zatim se prevodi u taložni bazen (2 sata), iz koga se aktivni mulj vraća u aeracionu sekciju. Mulj tako stalno cirkuliše uz povremenu mikrobiološku stabilizaciju.

6. Postupak hemijskog taloženja znači primenu hemijskih koagulanata (kreč, soli trovalentnog gvožña) uz višečasovnu aeraciju i odvajanje taloga u bazenima za sedimentaciju.

U Tabeli br. 2. dat je pregled nekih industrija, količina otpadnih voda po jedinicama odgovarajučih poizvoda, karakteristike tih otpadnih vode i postupci prethodnog prećišćavanja.

2. OPŠTI DEO


16

Tabela 2. Neke industrijske otpadne vode i postupci prethodnog prečišćavanja11, 12

Tip Industrije

Koli čina otpadne vode/količina

proizvoda za koji se voda upotrebljava

Karakteristike otpadnih voda Alternative za predtretman vode

Mlekare

3-30 (l/l)

Visok sadržaj organskih materija-proteini,masti i

laktoza

Egalizacija, aerobni ili anaerobni biološki tretman

Klanice i prerada stoke

i pili ća 9.2- 17.6 (l/kg)

Visok sadržaj rastvorenih i suspendovanih organskih

materija (proteini, masti), krv i mokraća

Izdvajanja na rešetkama, gravitaciona separacija, flotacija, koagulacija i taloženje, biološki

tretmani

Konzerviranje voća i povrća

52 (l/kg) Visok sadržaj rastvorenih i suspendovanih organskih

prirodnih materija

Izdvajanja na rešetkama, gravitaciona separacija,

neutralizacija, biološki tretmani, koagulacija i taloženje

Pivare i destilerije

5-20, 34 (l/l) Visok sadržaj rastvorenih i suspendovanih organskih

materija

Izdvajanja na rešetkama, gravitaciona separacija, aerobni i

anaerobni biološki tretman

Proizvodnja lekova

-

Visok sadržaj rastvorenih i suspendovanih organskih

materija, površinski aktivnih jedinjenja i bioloških agenasa

Egalizacija, neutralizacija, koagulacija, ekstrakcija rastvarača, gravitaciona separacija, biološki

tretman

Organske hemije

- Rastvorene organske materije

(kiseline, aldehidi, fenoli) i ulja

Gravitaciona separacija, flotacija, neutralizacija, koagulacija,

hemijska oksidacija, biološki tretman, adsorpcija

Rafinerije 1- 6 (m3/t) Fenoli, slobodna i emulgovana ulja i druge rastvorene materije

Gravitaciona separacija, flotacija, neutralizacija, koagulacija,

hemijska oksidacija, biološki tretman, adsorpcija

Papir 105- 460 (m3/t) Rastvorene i suspendovane

organske i neorganske materije

Izdvajanja na rešetkama gravitaciona separacija, biološki

tretmani, hemijska oksidacija

Plastične mase i smole

-

Rastvorene organske materije (kiseline, aldehidi, fenoli),

površinski aktivne materije i ulja

Gravitaciona separacija, flotacija, koagulacija, hemijska oksidacija, ekstrakcija rastvarača, biološki

tretman, adsorpcija

2.2.6. TRETMAN VODE U ZAVISNOSTI OD POREKLA I VELI ČINE ČESTICA

Veličina čestica organskih materija u otpadnoj vodi varira u odreñenim

granicama, reda veličine nekoliko desetina nanometara, kada se radi o rastvorenim materijama, do nekoliko stotina mikrona, kada se radi o suspendovanim česticama.

Najveći deo ovih materija se može ukloniti taloženjem. Brzina taloženja čestica koloidno dispregovanih materijala, kao što su masne materije u razblaženom mleku, je vrlo mala, tako da se one na ovaj način ne mogu efikasno ukloniti.

2. OPŠTI DEO


17

Do uklanjanja može doći posle ukrupnjavanja. Do ukrupnjavanja i taloženja dolazi tek posle destabilizacije čestica, što se postiže procesima koagulacije i flokulacije.

Suspendovne materije se odvajaju: a) ceñenjem, odnosno zadržavanjem na rešetkama, b) taloženjem ili c) flotacijom.

Koloidne čestice prolaze kroz filter te se pri udaljavanju iz vode moraju ukrupniti ili koagulisati zbog čega se koriste soli koje u vodi hidlolizuju. Proces hidlolize i koagulacije zavisi od temparature.

Koloidne čestice i pravi rastvori organskog porekla iz vode se uklanjaju biološkom oksidacijom13.

U Tabeli 3. Prikazani su osnovni postupci za odstranjivanje sastojaka iz vode u zavisnosti od njihove veličine.

Tabela 3. Opseg primene osnovnih postupaka za odstranjivanje sastojaka iz vode 13 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 10 102 (mm)

PRAVI RASTVOR

KOLOIDNE SUSPENZIJE

SUSPENDOVANE I PLIVAJUĆE MATERIJE Hemijska

percipitacija (neorganske materije)

Zadržavanje na rešetki

Prenos gasova Taloženje - flotacija

Adsorbcija Filtrovanje- mikro sita

Hemijska koagulacija (neorganske materije) Biološka oksidacija (organska materija)

Dezinfekcija 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 10 102 (mm)

2. OPŠTI DEO


18

2.3. PRIRODNI ALUMINOSILIKATI Hidratisani aluminosilikati (HAS), supstance koje sadrže aluminijum u obliku Al 2O3 i silicijum u obliku SiO2, uključuju različite tipove minerala, a meñu najpoznatijima su zeoliti (molekulska sita) i bentoniti (filosilikatne gline). Pored toga što se javljaju u prirodi (Slika 1., Slika 1.1.), aluminosilikati mogu biti i sintetisani.

Slika 1. Prirodni mineral zeolit- klinoptilolit

Iako su bentoniti i zeoliti po svom hemijskom sastavu vema slični (Tabela 4), strukturno se razlikuju. Zeoliti, za razliku od gline, imaju kristalnu stukturu.

Filosilikatne gline i zeoliti su neorganski katjonski izmenjivači. Permanentno negativno naelektrisanje balansirno je neorganskim katjonima, koji se drže silama dovoljno slabim, pa su spremni za reakcije katjonske izmene. Ponašanje ovih minerala prvenstveno zavisi od funkcionalnih osobina (površinsko naelektrisanje, kapacitet katjonske izmene i vrsta izmenjivih katjona, sposobnost bubrenja) koje su direktno vezane za aktivne centre koje se nalaze na rogljevima kristalne rešetke, na bazalnim ravnima ili unutar pora.

Slika 1.1. Prirodni mineral zeolit- klinoptilolit frakcije koriščene pri ispitivanju za

potrebe disertacije (0.2-2, 2-3, 3-5, 5-7 mm)

2. OPŠTI DEO


19

Tabela 4. Podela silikata34

2. OPŠTI DEO


20

2.3.1. ZEOLITI

Struktura Zeoliti su kristalni, hidratisani aluminosilikati alkalnih i zemnoalkalnih katjona. Trodimenzionalna kristalna struktura formira finu mrežu strukturnih šupljina (Slika 2). Imaju sposobnost da reverzibilno primaju i otpuštaju vodu i da izmenjuju neke od katjona. Ime im potiče od grčke reči “zeos” što znači “klju čajuće stene”. Šupljikava mikrostruktura zeolita omogućava jedinstvene korisne osobine. U rastvorima elektrolita zeoliti mogu da zamenjuju katjone drugim katjonima. Posle ovog procesa adsorbovani molekuli mogu da budu zamenjeni drugim molekulima, što omogućava regeneraciju zeolita odnosno korišćenje zeolita više puta.

Slika 2. Primer umrežene strukture zeolita (klinoptilolita)

Strukture zeolita sadrže nekoliko tipova gradivnih jedinica. Najednostvnija je

primarna gradivna jedinica: tetraedar (TO4) u kome četiri jona kiseonika okružuju centralni jon (T) Si4+ ili Al 3+. Primarne gradivne jedinice su trodimenzionalno povezane sa susednim tetraedrima preko kiseoničkih jona koji su im zajednički (TO4)n. U strukturi zeolita postoji i sekundarna gradivna jedinica koja se sastoji od jednostrukih ili dvostrukih prstenova sa 4,6 ili 8 stranica. Zeoliti sadrže i veće simetrične poliedre poput oktaedra, 11-edra ili 14-edra. Svi zeoliti se mogu posmatrati kao umrežena struktura sekundarnih gradivnih jedinica i poliedara u prostoru14. Zeoliti su izgrañeni od trodimenzionalne mreže SiO4

4- tetraedra gde su na sva četiri ugla svakog tetraedra rasporeñeni joni kiseonika koji su zajednički sa susednim tetraedrima. Takva struktura smanjuje ukupan odnos kiseonika i silicijuma na 2: 1 i svaki tetraedar u mreži sadrži silicijum kao centralni katjon, a sama struktura je

2. OPŠTI DEO


21

elektroneutralna. Ipak, u grañi zeolita neki katjoni četvorovalentnog silicijuma bivaju zamenjeni katjonima trovalentnog aluminijuma što dovodi do deficita u pozitivnom neto naboju u mreži. To se balansira uvoñenjem jednovalentnih i dvovalentnih katjona poput Na+, K+, Ca2+ i Mg2+.

Empirijska formula zeolita je:

M2/n O· Al2O3· xSiO2· yH2O gde je M-katjon alkalnog ili zemnoalkalnog metala n- valenca tog katjona x - broj od 2-10 y - broj od 2-8

Uslove za praktično korišćenje zeolita (nalaženje u skoro monomineralnim ležištima, posedovanje korisnih osobina i visoka termokiselinska stabilnost) zadovoljavaju samo neki od prirodnih zeolita.

U našoj zemlji postoji nalazišta jednog od najkvalitenijh i visoko upotrebljivih zeolita, klinoptilolita (“Zlatokop” kod Vranja i “Beočin” na Fruškoj Gori).

Empirijska formula klinoptilolita je: (Na,K)2O· Al 2O3·10 SiO2· 8H2O

odnosno prikazano na drugi način, pomnoženo sa tri: (Na3K3) (Al6Si30O72)· 24H2O

Joni unutar prve zagrade su izmenjivi katjoni. Joni unutar druge zagrade su strukturni katjoni zato što zajedno sa kiseonikom grade tetraedarsku strukturnu mrežu. Uvek je odnos (Al+Si) : O isti i iznosi 1:2. Nije poznato da bilo koji zeolit sadrži više atoma aluminijuma od silicijuma. Katjoni se slobodno zamenjuju jedni drugima u izmenjivim katjonskim mestima u zeolitima. Ukupan naboj molekula, odnosno katjona je jedini ograničavajući uslov za slobodnu zamenu jednih katjona drugim katjonima.

U prirodnim i veštačkim zeolitima se nalaze labavo vezani molekuli vode koji okružuju izmenjive katjone u šupljinama velikih pora. Voda koja može biti reverzibilno ukolonjena zagrevanjem do 350 °C čini 10% mase zeolita. Kada se zagrevanjem ukloni vezana voda izmenjivi katjoni se vraćaju približno na svoja mesta u unutrašnjosti kanala i pora blizu mesta suprotnog naboja u strukturu tetraedra. Na svim temparaturama sadržaj vode u zeolitima je u korelaciji sa parcijalnim pritiscima vodene pare okoline.

Zbir ekvivalentnih pozitivnih naelektrisanja izmenjivih katjona jednak je broju negativnih naelektrisanja mreže i izražava se kapacitetom katjonske izmene (KKI) u mmolM+/kg15. Kapacitet katjonske izmene zavisi od stepena suspstitucije silicijuma aluminijumom, dimenzija kanala, oblika, veličine i valentnosti izmenjivih katjona. Karakteristične KKI vrednosti klinoptilolita varijaju od ležišta do ležišta i kreću se od 2000 do 3000 mmol/kg. Pored ukupnog kapaciteta katjonske izmene, zeolite karakteriše i spoljašnji kapacitet katjonske izmene (SKKI), koji predstavlja sumu izmenjivih katjona na spoljašnjim površinama zeolita i obično iznosi oko 10% od ukupnog kapaciteta katjonske izmene15.

2. OPŠTI DEO


22

Fizičke osobine klinoptilolita

Klinoptilolit (Na3K3) (Al6Si30O72)·24H2O ima dimenzije pora 3.9-4.2 x 10-10 mm i

visoku relativnu termičku stabilnost. Intrakristalne pore kod zeolita čine od 20% do 50% ukupne zapremine kristala. Adsorptivna, katalitička i jonoizmenjivačka mesta kod zeolita su unutar kristalne strukture. Celokupna unutrašnja struktura ove mreže je izrazito hidrofilna i pokazuje veliki afinitet prema molekulima vode. Voda mora biti uklonjena iz zeolit da bi se adsorpcija uopšte odigrala. Dehidratacija (ili aktivacija) se obično izvodi zagrevanjem zeolita u vakumu ili nekom drugom inertnom sistemu na 350°C. Jedinstvenost zeolita je u tome što sadrže uniformne pore molekularnih dimenzija. Ova uniformnost limitira adsorpciju na osnovu veličine molekula. Molekuli manjih dimenzija nego što su same pore mogu ući u kristalnu strukturu i biti adsorbovani, ali ne i veći molekuli. Velike šupljine i ulazni kanali zeolita su obično popunjeni molekulima vode koji formiraju vodenu sferu oko izmenjivih katjona. Ukoliko se voda ukloni (zagrevanjem na 350- 400°C u toku nekoliko časova) dovoljno mali molekuli mogu da proñu kroz uske ulazne kanale gde će biti lako adsorbovani u unutrašnjosti centralnih šupljina. Veliki molekuli ne mogu proći kroz ulazne kanale. Zbog ove osobina zeoliti su dobili naziv molekulskih sita. Adsorpciona površina sita je veoma velika i može iznositi i po nekolika stotina kvadratnih metara po gramu. Pored toga što su sposobni da razdvajaju molekule gasa na osnovu veličine, neuobičajena raspodela naboja unutar centralne šupljine omogućava mnogim česticama sa permanentnim dipolima da budu adsorbovane sa selektivnošću koja nije karakteristična za druge adsorbente. Na primer polarni CO2 će biti pre adsorbovan od nepolanog CH4 što može da posluži za prečiščavanje metana ili prirodnog gasa od nečistoča. Isto tako mali kvadropolni momenat će biti dovoljan da N2

iz vazduha bude adsorbovan i na taj način sredina će biti obogaćena kisonikom. Izmenjivi katjoni zeolita labavo vezani u tetraedarskoj strukturi mogu biti lako uklonjeni ili zamenjeni drugim katjonom, čija je koncentracija u rastvoru veća. Kao takvi zeoliti su meñu poznatim jonoizmenjivačima. Dva puta su efikasniji od glina, poput bentonita. Jonoizmenjivački kapacitet zavisi od toga u kojoj je meri silicijum zamenjen aluminijumom u mrežnoj strukturi. Što je u većoj meri došlo do supstitucije silicijuma aluminijumom, veći je nedostatak neto pozitivnog naelektrisanja pa je samim tim veći i broj alkalnih i zemnoalkalnih katjona kojima se obezbeñuje neophodna elektroneutralnost. Jonoizmenjivački kapaciteti zavise i od drugih faktora. U pojedinim slučajevima katjoni mogu biti vezani u strukturnoj poziciji tako da je njihova izmena otežana, što umanjuje jonoizmenjivački kapacitet. Značajna je i veličina katjona koji se izmenjuju. U praksi, specifični joni, poput NH4

+ učestvuju u kompeticiji za jonoizmenjivačka mesta u zeolitima zajedno sa drugim jonima. U takvim slučajevima je teško odrediti tačan mehanizam u svakoj pojedinačnoj primeni. Sposobnost klinoptilolita da ukloni jone, poput NH4

+, iz vodenog rastvora u mnogome zavisi od prisustva kompetitivnog jona, kao Na+ ili Ca2+ . Što je koncentracija Na+ i Ca2+ jona u rastvoru veća, zeolit će biti manje efikasan u uklanjanju NH4

+ jona. Veličina jona, naboj i energija hidratacije su veoma važni faktori u odreñivanju selektivnosti zeolita za dati jon. Vreme kontakta je takoñe, veoma bitno, jer je potrebno odreñeno vreme da bi joni difundovali kroz pore i kanale zeolita do izmenjivih mesta i da bi isto tako, osloboboñeni joni

2. OPŠTI DEO


23

difundovali u okolni rastvor. Izmena jona u zeolitima je mnogo efikasnija na višim temparaturama (difuzija jona se povećava na višim temparaturama) i kada su granule zeolita manje 25 .

2.3.2. POVRŠINSKA MODIFIKACIJA SILIKATNIH MINERALA-FORMIRANJE SLOJA ORGANSKOG MODIFIKATORA NA POVRŠINI ZEOLITA

Površinskom modifikacijom silikatnih minerala, formiranjem sloja organskog

modifikatora na površini zeolita dobija se jonoizemnjivač koji je istovremeno katjonski i anjonski jonoizmenjivač dok je prirodni zeolit samo katjonski jonoizmenjivač.

Izmenjivi katjoni u mineralu i na površini mogu se zameniti dugolančanim organskim katjonima površinski aktivnih supstanci, pri čemu dolazi do grañenja organo-mineralnog kompleksa. Površina dobijenog kompleksa je hidrofobna, čime se omogućuje adsorpcija nepolarnih i slabo polarnih organskih polutanata.

Površinske aktivne supstance su amfipatička jedinjenja i mogu da se prikažu opštom formulom RX16,17. Nepolarni deo molekula R je najčešće ugljovodonični lanac sa brojem ugljenikovih atoma izmeñu 8 i 22. Lanac može da sadrži jednostruke ili dvostruke veze, da bude linearan ili razgranat, kao i da sadrži aromatične grupe. Polarna grupa može biti nejonska ili jonska. Za površinsku modifikaciju glinenih minerala i zeolita najčešće se koriste kvaternarne amonijum soli (XNR1R2R3R4).

Pri nižim koncentracijama organski katjon u rastvoru postoji u obliku monomera, dok pri većim koncentracijama dolazi i do formiranja micela ili neke vrste dvosloja. Koncentracija pri kojoj dolazi do formiranja micela naziva se kritična micelarna koncentracija (KMK)18. Ispod KMK vrednosti katjon se na površini minerala adsorbuje u obliku monomera, dok se pri koncentracijama većim od KMK vrednosti adsorbuje u obliku micela. Prvi sloj je pri tom vezan na mestima izmenjenih neorganskih katjona ili drugim aktivnim centrima (SiOH grupe, prekinute veze na ivicama slojeva), dok je drugi sloj vezan za prvi hidrofobnim vezama i neutralizovan anjonima kvaternarne amonijum soli19.

Adsorpcija kvaternarnih amina na glinenim mineralima i zeolitu zavisi od njihovih funkcionalnih osobina (površinsko naelektrisanje, kapacitet katjonske izmene i vrsta izmenjivih katjona, fleksibilnost slojeva). Adsorpcija kod minerala koji bubre u vodi je kompleksnija iz razloga što se organski katjon izmenjuje sa neorganskim katjonima na površini i izmeñu slojeva. Kod nebubrećih glinenih minerala (kaolin, sepiolit), adsorpcija velikih organskih molekula je limitirana na spoljašnju površini minerala zbog toga što meñuslojni prostor ne postoji.

Dimenzije kvaternarnih amonijum jona sa dugim ugljovodoničnim lancima su znatno veće od dimenzija klinoptilolitskih kanala, tako da se adsorpcija odigrava samo na spoljašnjoj površini minerala20. Sam mehanizam adsorpcije kvaternarnih amina na površini zeolita zavisi, izmeñu ostalog, od koncentracije amina u rastvoru i od odnosa količine amina prema spoljašnjem kapacitetu katjonske izmene zeolita (SKKI).

Ukoliko je količina dodatog organskog modifikatora veća od SKKI vrednosti, dolazi do formiranja drugog sloja organskog modifikatora na površini zeolita. Tema

2. OPŠTI DEO


24

istraživanja za potrebe disertacije je bila je mogućnosti primene modifikovanih zeolita u tretmanu otpadnih voda

Raspored alkilnih lanaca zavisi od koncentracije na površini klinoptilolita21. Sullivan, Bowman22 i saradnici su ispitivali mehanizam adsorpcije hexadecyltrimethylammonium bromida (HTAB) na klinoptilolitu elektronskom mikroskopijom, analizom adsorpcionih izotermi i kalorimetrijskim odreñivanjem entalpija procesa adsorpcije. Koncentracije HTAB u rastvoru su bile ispod vrednosti kritične micelarne koncentracije: 0.5 KMK – monomerni sistem i iznad 2.0 KMK – micelarni sistem. Odnosi dodate količine HTAB prema SKKI vrednosti klinoptilolita (SKKI = 70 meq/kg, SP = 15.7 m2/g) kretali su se u procentima od 0–600%. Kod oba sistema adsorpcija je brza u prvih 30 minuta procesa, nakon čega se brzina adsorpcije naglo smanjuje. Kod monomernog sistema, u slučaju kada je odnos nHTAB /SKKI<1, na površini klinoptilolita se adsorbuju monomeri čiji se ugljenični lanci mogu meñusobno povezivati slabim Van der Valsovim vezama. Organski katjon se alkilnim lancem rasporeñuje horizontalno po površini, pri čemu sa povećanjem količine dodatog katjona dolazi do većeg ureñenja organskog katjona i do preoriijentacije iz horizontalnog u vertikalni položaj (Slika 3).

Kada je nHDTMA/SKKI>1 na površini klinoptilolita se formira dvosloj u obliku disperznih admicela. U micelarnom sistemu, kada se HTAB dodaje u količini koja je manja od SKKI vrednosti, na površini klinoptilolita se adsorbuju micele koje se naknadno rerijentišu u monosloj. Pri količini HTAB>SKKI vrednosti, dolazi do obrazovanja admicela na površini minerala, koje se pri velikim količinama HTAB (≥2.0 SKKI) reorijentišu u dvojni sloj. Vrednosti entalpija procesa adsorpcije ukazuju da su organo-zeoliti dobijeni iz micelarnog sistema pri količini HTAB>ECEC stabilniji (∆Gm0 = -23 KJ/mol) od organo-zeolita dobijenih iz monomernog sistema (∆Gm0 = -16 KJ/mol). Monomeri adsorbovani u bilo kojoj koncentraciji pokazuju veću neureñenost nego adsorbovane micele.

- - - - - - - - - - - -

- - - - - - - -

Slika 3. Raspored alkilnih lanaca na površini klinoptilolita

2. OPŠTI DEO


25

Manne i Gaub23 su predložili drugačiji finalni raspored molekula površinski aktivne supstance na površini minerala liskuna, u slučaju kada su koncentracija veće od KMK. Umesto adsorpcije u konfiguraciji dvosloja, elektronskim mikroskopom su registrovali formiranje linearnih tvorevina paralelnih sa površinom minerala, koje su interpretirane kao izdužene micele. Xu i Boyd24,25 su vršili eksperimente adsorpcije HDTMA na slojevitim silikatima, montmorilonitu i vermikulitu i potvrdili da se adsorpcija HDTMA u količinama preko kapaciteta katjonske izmene minerala odvija kombinacijom katjonske izmene i hidrofobnih interakcija alkilnih lanaca.

2.3.3. PRIMENA PRIRODNIH ALUMINOSILIKATA KOD PREČIŠĆAVANJA OTPADNIH VODA

Osobine na osnovu kojih su prirodni aluminosilikati našli široku primenu su:

• jonoizmenjivačke osobine, • sposobnost adsorpcije i prosejavanje molekula, • osobine katalizatora, • sposobnost dehidratacije i rehidratacije i • biološka reaktivnost

Zeoliti i gline su zbog svojih morfo-strukturnih karakteristika (površinski napon, zapremina i prečnik pora, jonoizmenjivačka i adsorpciona sposobnost) našli široku primenu u prečiščavanju voda, za odstranjivanje amonjaka, teških metala i drugih toksikanata. Komunalni i industrijski otpadni mulj, koji sadrži veliki procenat poželjnih nutrijenata, se nakon detoksikacije zeolitima može koristiti na farmama ili kao dodatak šumskom zemljištu. Bentonit i klinoptilolit u smeši su se pokazali uspešnim u uklanjanju teških metala, posebno olova, arsena, bakra i cinka, a delimično i hroma i nikla iz otpadne vode, čime se sprečava kontaminacija poljoprivrednog zemljišta. U prečiščavanju otpadnih voda prirodni zeoliti se ponašaju kao polifunkcionalni sorbenti, koji vezuju istovremeno više štetnih komponenti, bilo da se nalaze u jonskoj ili nejonskoj formi.

U opštem slučaju sorpcija katjona iz tečne faze može se ostvariti: 1. putem zamene 2. sorpcijom na površini čvrste faze u makroporama.

Oba procesa se odvijaju istovremeno, a odnosi i uloga zavise od više faktora. U procesima katjonske izmene učestvuju katjoni koji su prema veličini sposobni da proñu u kristalne mikropore i kanale zeolita, a na površini se sorbiraju pored većih katjona i neutralni molekuli, koloidne čestice, pa čak i anjoni. U mnogim procesima, kao što je prečiščavanje otpadnih voda ili priprema voda, ova dva procesa se odvijaju istovremeno. Vrlo često se tehnologija zamene jona spaja sa biohemijskim prečišćavanjem (biološki filtri), gde se zeoliti koriste kao nosioci mikroflore, koja učestvuje u poboljšanju kvaliteta otpadnih voda.

2. OPŠTI DEO


26

2.3.3.1. Uklanjanje NH4+ jona iz kontaminiranih voda adsorpcijom na

prirodnom zeolitu

U različitim tipovima otpadnih voda (poljoprivrednim, industrijskim, komunalnim, itd), velike količine azota se pojavljuju u različitim oblicima: organski azot, amonijak, nitriti, nitrati. Visoke koncentracije amonijum jona u podzemnim vodama čine ih nepogodnim za piće, što postaje veliki problem u Evropi i SAD. Savet Evropske Unije (SEU) je propisao da je dozvoljena količina NH4

+ u pijaćoj vodi 0.5 mg/dm3. Jedan od načina uklanjanja amonijaka iz voda je primena mineralnih adsorbenata kao što su bentoniti, zeoliti, vermikuliti, iliti i dr. U poslednje dve decenije, u svetu i kod nas, urañena su brojna istraživanja efikasnosti adsorpcije amonijum jona na prirodnim zeolitima26-34.

Efikasnost adsorpcije NH4+ jonskom izmenom zavisi u prvom redu od hemijskog

sadržaja klinoptilolita, položaja izmenjivog katjona u kanalima kao i rasporeda Al3+ strukturnih jona u alumosilikatnoj strukturi. Na našim prostorima postoji više ležišta klinoptilolita. Efikasnost adsorpcije amonijaka je ispitana na uzorcima ležišta Zlatokop, Vranjska Banja; Beočin, Fruškogorski okrug i Novaković, Republika Srpska. Rezultati su pokazali, da kada su amonijum joni prisutni u malim koncentracijama, sva tri zeolita će drastično smanjiti njihovu koncentraciju. U zavisnosti od količine dodatog adsorbenta, umanjenje koncentracije amonijum jona se kreće od oko 74% do čak 98%. Filtracijom otpadne vode Industrije mleka AD „Imlek” kroz preparat zeolita registrovano je smanjenje amonjačnog azota od skoro 90 %34. U vodama u kojima je prisutan uglavnom amonijačni jon kao kontaminant, zeoliti se nakon upotrebe mogu koristiti za proizvodnju amonijačnih ñubriva, ili se termičkim tretiranjem regenerisati i ponovo koristiti za istu svrhu.

Odstranjivanje amonijum jona iz industrijskih otpadnih voda zahteva kompleksnu tehnologiju koja uključuje regeneraciju prirodnog izmenjivača, ponovno korišćenje prečišćene vode u proizvodnom ciklusu i upotrebu rastvora za regeneraciju izmenjivača. Pri upotrebi H2SO4 za regeneraciju zeolita, utvrćeno je da u opsegu koncentracija 0.05–0.2 mol/l, kapacitet katjonske izmene ostaje praktično isti, dok za veće koncentracije kiseline opada usled delimičnog razlaganja klinoptilolita35.

2. OPŠTI DEO


27

2.3.4. PRIMENA MODIFIKOVNIH ALUMINOSILIKATA KOD PREČIŠĆAVANJA OTPADNIH VODA

2.3.4.1. Adsorpcija neorganskih anjona na modifikovanim zeolitima

Prirodni zeoliti ne poseduju sposobnost adsorpcije anjona zbog negativnog naelektrisanja alumosilikatne mreže. Adsorpcijom površinski aktivnih supstanci moguća je delimična neutralizacija negativnog naelektrisanja spoljne površine minerala zeolita. Ukoliko količina adsorbovanog organskog katjona premašuje SKKI vrednost klinoptilolita, dolazi do dvoslojne adsorpcije pri čemu je polazni deo drugog sloja dostupan za anjonsku izmenu21,36. Na ovaj način se dobija adsorbent sa povećanom sposobnošću adsorpcije anjona, ali što je vrlo značajno, ovakav adsorbent poseduje i sposobnost simultane adsorpcije nekih katjonskih i organskih kontaminanata. Postignuta efikasnost adsorpcije na površinski modifikovanom zeolitu prikazana je u Tabeli 5.

Tabela 5. Efikasnost adsorpcije neorganskih anjona na organozeolite 37,38, 39

Neorganski anjoni Efikasnost adsorpcije (%) Sulfati SO4

2- >90 Hidrogenhromati

HC2O4- ≈100

Dihidrogenfosfati H2PO4- ≈100

Nitrati NO3- ≈100

Hromati C2O4-- 88

2.3.4.2. Adsorpcija organskih kontaminanata na modifikovanim zeolitima

Sve je veća primena minerala zeolita i bentonita u prečišćavanju voda od organskih kontaminanata prvenstveno zbog jeftinijeg procesa (cena modifikovanog zeolita je cca 10- 20 puta niža od cene aktivnog uglja). Koristeći negativno naelektrisanje njihove površine i prateći kapacitet katjonske izmene, moguće je izvršiti kontrolisanu modifikaciju površine različitim organskim modifikatorima u cilju povećanja afiniteta ka adsorpciji, kako nepolarnih organskih polutanata, tako i neorganskih anjona i katjona prisutnih u pijaćim vodama. Izmenjivi katjoni na površini minerala mogu biti zamenjeni velikim dugolančanim molekulima kvaternarnih amina, pri čemu se dobijaju pogodni adsorbenti za fenol, benzen, ksilen, toluen i druge organske kontaminatore40- 44.

Primeri dostignute efikasnosti adsorpcije pojedinih organskih polutanata na organo-zeolitima prikazani su u Tabeli 6.

2. OPŠTI DEO


28

Tabela 6. Efikasnost adsorpcije pojedinih organskih polutanata

na organo-zeolitima43,46

Organski zagañivači Efikasnost adsorpcije (%)

Benzen 8

Toluen 82

Ksilen 95

n–Butanol 55

Phenol 90

Perhloroetilen 80

Navedeni rezultati ukazuju da organozeoliti poseduju visok stepen adsorpcije i selektivnost za nepolarne i slabo polarne organske molekule i kao takvi se mogu primeniti za uklanjanje navedenih organskih jedinjenja iz pijaćih voda. Veliki broj mogućnosti modifikacije površine minerala pruža dobru osnovu za ispitivanje mogućnosti adsorpcije i drugih polutanata voda na ovim proizvodima.

2. OPŠTI DEO


29

2.4. OZON

Kao što je ranije naglašeno direktna ozonizacija vode je takoñe postupak koji dovodi do njenog prečišćavanja,

Ozon je, u uslovima normalne temperature, gas sivoplavičaste boje, karakterističnog nadražujućeg mirisa, teži od vazduha.

Ozon je alotropska modifikacija kisonika, može se predstviti sledećim rezonantnim strukturama (Slika 4.):

Slika 4. Rezonantne strukture molekula ozona 47

U rezonantnoj strukturi O3 se nalazi 18 elektrona, koji obrazuju rezonantne strukture za koje su karakteristični krajnji atomi kisonika sa po 6 elektrona, što izražava dipolni karakter molekula ozona. Molekuli ozona se u magnetnom polju ponašaju kao dijamagnetik što znači da su mu svi elektroni spareni.

Ove karekteristike elektronske strukture objašnjavaju visoku reaktivnost, sposobnost adicije u reakciji sa nezasićenim ugljovodonicima i lakoću disocijacije do atomskog i molekulskog kiseonika42.

Ozon je snažan oksidacioni agens što je u vezi sa njegovom nestabilnošću pri čemu prelazi u dvoatomni kiseonik

2 O3 → 3 O2. Ova reakcija se ubrzava sa porastom temparature i padom pritiska. Ozon oksiduje sve metale do najvišeg oksidacionog stanja, izuzev zlata, platine i

iridijuma: 2 Cu2+ + 2 H+ + O3 → 2 Cu3+ + H2O + O2

Ozon prevodi okside u perokside: SO2 + O3 → SO3 + O2.

Takoñe oksiduje okside do oksida sa najvećim oksdacionim brojem: NO + O3 → NO2 + O2.

Oksid NO2 može dalje da bude oksidovan: NO2 + O3 → NO3 + O2.

Novonastali NO3 može da reaguje sa NO2 i da nadgradi N2O5:

2. OPŠTI DEO


30

NO2 + NO3 → N2O5. Ozon reaguje sa ugljenikom obrazujući ugljen dioksid, čak i na sobnoj temparaturi:

C + 2 O3 → CO2 + 2 O2.

Ozon ne reaguje sa amonjačnim solima, ali reaguje sa amonjakom gradeći amonijum nitrat:

2 NH3 + 4 O3 → NH4NO3 + 4 O2 + H2O Ozon sa sulfidima gradi sulfate:

PbS + 4 O3 → PbSO4 + 4 O2. Direktna oksidacija organskih jedinjenja sa ozonom je izuzetno selektivan

reakcioni mehanizam gde su favorizovane reakcije ozona sa organskim materijama koje sadrže nezasićene veze, aromatične grupe ili amine. Ozon reaguje brže sa jonizovanim i disosovanim organskim jedinjenjima u poreñenju sa prirodnim organskim materijama koje su, uglavnom, nedisosovane.

U vodi je slabo rastvoriljiv ali ipak znatno rastvorljiviji od kiseonika što je

posledica dipolnog karaktera molekula ozona.

2.4.1. DOBIJANJE OZONA

Ozon se najlakše dobija ako pomoću električne energije razbijemo molekul kisonika i tako nastalim atomima omogućimo da sa drugim molekulima kisonika daju ozon uz hlañenje smeše. Na ovom principu bazira se dobijanje ozona u ozonizatorima.

Ozon se dobija u električnom pražnjenju, u vazduhu ili čistom kisoniku. Za praktične potrebe ozon se najčešće dobija električnim pražnjenjem jer se najveći prinos ozona, pri industrijskom dobijanju, postiže primenom električnog pražnjenja.

Prvo dolazi do disocijacije molekula O2 kisonika a zatim jedan od tako nastalih atoma u trojnim sudarima stvara O3.

U meñuelektrodnom prostoru, pod uticajem visoko energetskih elektrona (e-) dolazi do disocijacije molekula kisonika

O2+ e- (visoka energija)→ 2O·+ e- (niska energija), formiranja radikala atoma kisonika (O·) koji reaguje sa molekulom kisonika (O2)

i stvara se ozon O·+ O2→ O3.

2. OPŠTI DEO


31

2.4.2. PRIMENA OZONA U PROCESU PREČIŠĆAVANJA VODA

Primena oksidacionih sredstava u procesu prečišćavanje voda i otpadnih voda ima dva cilja. Prvi je da se putem oksidacije razgrade zagañujuće supstance ili prevedu u manje toksične a drugi da se unište mikroorganizmi to jest da se dezinfikuje voda. Najčešće korišćena oksidaciona sredstva su: hlor, hlor dioksid, hloramin, kalijum permangant i ozon.

Ozon u poslednje vreme privlači pažnju u tehnologiji obrade vode zbog izuzetno visokog dezinfekcionog i oksidacionog „potencijala“. Koristi se u tretmanu i prečišćavanju podzemnih i površinskih voda, za komunalne i industrijske otpadne vode, kod bazena za plivanje i sistema tornjeva za hlañenje.

Prednosti upotrebe ozona kao oksidacionog sredstva u odnosu na druga

oksidaciona sredstva: • zbog velike oksidacione moći ozon oksiduje veliki broj organskih

jedinjenja i istovremeno uklanja boju, miris i neprijatan ukus vode • ozon deluje brzo i efikasno u širokom opsegu pH i temperature imajući

visok nivo lentalnosti za različite grupe mikroorganizama uništavajući pri tom i vegetativne obilike i spore mikroorganizama

• većina sporednih proizvoda ozonizacije vode su oksidovana organska jedinjenja visoke biorazgradljivosti, koje nemaju izraženje toksične efekte kao halogeni derivati, koji nastaju hlorisanjem vode

• višak ozona u vodi uklanja se lako jer se veoma brzo razlaže do kiseonika, za razliku od hlora koji ostaje u vodi i daje joj neprijatan ukus i miris

• ukoliko je potrebno delovanje ozona može se pojačati kombinovanjem ozonizacije sa UV zračenjem ili dodatkom vodonik peroksida.

Nedostaci primene ozona uslovljeni su:

• nestabilnošću i relativno maloj rastvorljivosti u vodi • ozon se mora poizvoditi na licu mesta, generiše se u proizvodnoj

aparaturi i potom uvodi u rezervoar sa vodom • produkcija ozona u generatorima je veoma niska (6-12% iz čistog

kisonika i 4- 6% iz vazduha) pa je i koncentracija ozona mala • postoji mogućnost nastanaka sporednih proizvoda koji nisu

biorazgradivi (npr. bromati koji nastaju kada se ozoniziraju vode bogate organskim materijama u prisustvu bromidnog joda)

• ozon nema, poput hlora, produženo dejstvo pa postoji mogućnost razvoja mikroorganizama u distributivnoj mreži što uslovljava korišćenje dezinfekcionog sredstva koje će štititi vodu od reinfekcije

• mora se obezbediti razgradnja viška ozona u kontaktnom sudu, odakle potom dospeva u atmosferu.

2. OPŠTI DEO


32

2.4.3. PRIMENA OZONA U TRETIRANJU OTPADNIH VODA

Ozon se najčešće primenjuje pri oksidaciji fenola, oksidaciji cijanida i tretmanu otpadnih voda tekstilne industrije.

Organska jedinjenja prisutna u otpadnim vodama su obično kompleksne smeše koje u sastavu sadrže mnogo individualnih supstanci u širokom opsegu koncentracija (od mg/l do g/l).

Osnovni zadaci ozona pri tretiranju otpadnih voda su:

- transformacija toksičnih jedinjena prisutnih u vodi, - oksidacija organskih materija prisutnih u vodi, smanjenje vrednosti HPK(mg O2/l) HPK, hemijska potrošnja kiseonika, predstavlja meru sadražaja organskih materija prisutnih u vodi, obuhvatajući i deo biološki nerazgradivih organskih materija. Hemijska potrošnja kisonika/ Chemical Oxygen Demand- HPK/COD (mg O2/l). - uklanjanje boje 66.

2.4.4. KARAKTERISTIKE PLAZMA REAKTORA NA BAZI DIJELEKTRI ČNOG BARIJERNOG PRAŽNJENJA (DBP) ORIGINALNE KONSTRUKCIJE

U klasičnim ozonizatroima, ozon se proizvodi u dielektričnom barijernom pražnjenju propuštanjem struje vazduha ili kiseonika izmeñu elektroda ili se koriste ozonizatori na bazi korona pražnjenja. U ovom procesu stvaranja ozona istovremno dolazi i do degradacije nastalog ozona, tako da u električnim pražnjenjima postoji gornja granica za maksimalno moguću koncentraciju proizvedenog ozona i efikasnost ureñaja. Posle prolaska kroz elektrodni sistem, struja vazduha, u kojoj se pored azota, kisonika i ostalih primesa nalazi ozon, mora da se uvodi u vodu koja se nalazi u rezervoaru.

Pri rastvaranju ozona u vodi deo mehurića vazduha i ozona izlazi na površinu vode i ostaje u gasnoj fazi. U toku rada pritisak gasa iznad površine vode raste, pa ova mešavina vazduha i ozona mora povremeno da se ispušta u atmosferu uz prethodnu degradaciju ozona. Proces degradacije ozona u čist kiseonik zahteva dodatni ureñaj i potrošnju energije što uvećava cenu ozonizacije i smanjuje konkurentnost ozonizacije u odnosu na druge načine oksidacije.

Problem efikasnosti mešanja i rastvaranja ozona u vodi i degradacija nerastvorenog viška pre ispuštanja u atmosferu, uspešno su prevaziñeni u originalnom ureñaju za direktnu ozonizaciju vode razvijenom na Fizičkom fakultetu Univerziteta u Beogradu u labarataoriji “Centra za nauku i tehnološki razvoj” (Šema 1.).

2. OPŠTI DEO


33

Šema 1. a) blok shema zatvorenog sistema za direktnu ozonizaciju vode b) shema elektrodnog sistema za direktnu ozonizaciju vode53

1) E1- centralna cilindrična elektroda 2) dielektrični film vode 3) E2– spoljašnja elektroda i izolatora od stakla 4) R2- donji rezervoar 5) R1- gornji rezervoar 6) P- pumpa

Pod direktnom ozonizacijom vode podrazumeva se istovremeno proizvodnja

ozona i njegovo rastvaranje u sloju vode koja protiče i pri tome ima ulogu jedne od barijernih elektroda. Ovako koncipiran zatvoren sistem, u kome voda neprekidno kruži, prolazeći na svom putu iz jednog rezervoara u drugi kroz meñuelektrodni prostor u kome se neprekidno odvija stvaranje ozona i njegovo rastvaranje u vodi, može veoma dugo da radi bez ispuštanje ozona u atmosferu.

Treba istaći da ova konstrukcija elektrodnog sistema obezbeñuje sinergetski efekat istovremenog dejstva električnog pražnjenja i UV zračenja iz samog pražnjenja, uz neprekidnu produkciju ozona i njegovo rastvaranje u vodi.

Električno pražnjenje barijernog tipa se uspostavlja izmeñu tankog sloja vode i unutrašnje površine staklene cevi kojom je izolovana spoljašnja metalna elektroda. Staklena cev je zatopljena na kraju koji je okrenut ka atmosferi i na taj način izoluje pražnjenje od okoline.

Blok shema postupka ozonizacija vode prikazana je na Šemi 1. Voda iz rezervoara R1 prirodnim padom protiče izmeñu elektroda E1 i E2 i pada u rezervoar R2. Dok protiče izmeñu elektroda voda učestvuje u pražnjenju igrajući ulogu jedne od barijernih elektroda, a samo pražnjenje se uspostvalja u zoni izmeñu trankog sloja vode istaklene cevi kojom je izolovana spoljašnja metalna elektroda. U toj zoni dolazi do

2. OPŠTI DEO


34

stvaranja ozona. Deo ozona ostaje u gasnoj fazi u meñuelektrodnom postoru, a jedan deo se rastvara u vodi koja odlazi u rezervoar R2. U ovom rezervoaru se meša sa prethodno tretiranom vodom, a zatim se pomoću pumpe P prebacuje u gornji rezervoar R1.

Ozon proizveden u DBP-u potiče uglavnom iz vazduha, ali jednim delom i iz vode. Mikro lukovi koji se stvaraju pri pražnjenju dovode do isparavanja vode, disocijacije i formiranja ozona u plazmi. Pražnjenje se ne odvija samo u vazduhu već u mešavanini vazduha i vodene pare. Električno pražnjenje kroz vodu doprinosi povećanju okisidacione moći vodenog rastvora na dva načina: a) isparavanjem vode i električnim pražnjenjem kroz smešu radnog gasa i vodene pare, b) hidrolizom vode i stvaranjem OH- grupe pri proticanju struje kroz vodu.

Zbog dejstva jakog električnog polja na vodeni rastvor i proticanja struje kroz vodeni rastvor bilo bi ispravanije govoriti o plaza reaktoru nego o ozonizatoru.71

Tokom istraživanja rañenih za potrebe izrade disertacije protok vode se kretao od Q= 200-500 ml/min kada je prečnik unutrašnje elektrode bio 20 mm, dužina 400 mm a izmerena snaga Lisaržuovih (Lissarjous) figura 7-9 W. Pri ovom merenju naizmenični radni napon mrežne frekvencije od 50 Hz je bio u intervalu od 10- 20 kV a rastojanje izmeñu barijernih elektroda od 2-3 mm67.

Prednosti ozonizatora DBP originalne konstrukcije (tj. plazma reaktorom na bazi dijelektricnog barijernog pražnjenja DBP) u odnosu na dosada upotrebljavane ozonizatore:

• nije potrebna aparatura za uvoñenje ozona u vodu • veći stepen iskorišćenja zato što nema gubitka prilikom uvoñenja ozona u vodu • pri tretmanu plazma reaktorom na bazi Dijelektričnog barijernog pražnjenja

(DBP) otpadna voda se istovremeno izlaže dejstvu filamentarnog pražnjenja, UV zračenja, ozonu koji iz gasne faze prelazi u vodu i hidroksilnim radikalima (OH·) koji nastaju u samoj vodi

• nisu potrebni ureñaji za razlaganje viška ozona • moguće je postići veći protok ozona (paralelno vezivanje) • moguće je postići veću koncentraciju ozona (redno vezivanje) • ureñaj je zbog svoje jednostavanosti lak za upotrebu i održavanje.

U dosadašnjim tretmanima voda DBP-om uočeno je merenjem HPK veliko redukovanje organske materije posle tretmana vode:

- dunavske vode53, 65 - otpadnih voda naftne industrije - otpadnih voda industrije tekstila - pitkih voda koje sadrže arsen66 - voda koje sadrže fenole 65.

U literarnim podacima ukazano je na efekte redukcije organskog zagañenja putem tretmana vode DBP-om. Uspešnost redukcije, smanjenja, zavisi od vrste i zagañenja vode koje je tretirana:

- pitka voda tretirana direktnom oznonizacijom je imala koncentraciju arsena posle tretmana na granici detekcije, koncentracija arsena od 140 µg/l je ozonizacijom redukovana na cca 1 µg/l As66.

- koncentracija fenola u dva uzorka dunavske vode je redukovana posle protoka kroz DBP na 76,7 i 80,0 % početne vrednosti 65.

2. OPŠTI DEO


35

- posle jednog prolaza ispitivane vode kroz DBP reaktor koncentracija hlorofenola od 20 mg/l smanjena za više od 95%67.

- reakcija ozona sa organskom komponentom dunavske vode potvrñena je smanjenjem BPK posle tretmana vode DBP-om. 53, 65 Koncentracija ozona u vodi tretiranom u plazma reaktoru na bazi Dijelektričnog

barijernog pražnjenja (DBP) odreñivan je Jodometrijskom metodom. Jodometrijska metoda je najstariji postupak za odreñivanje koncentracije ozona. To je kvantitativna i precizna metoda.

Električno pražnjenje barijernog tipa se uspostavlja izmeñu sloja vode i unutrašnje površine stakleni cevi kojom je izolovana spoljašnja metalna elektroda. Staklena cev je zatopljena na kraju koji je okrenut ka atmosferi i na taj način izoluje pražnjenje od okoline.

Labaratorijski ureñaj za generisanje ozona, sa tri paraleno vezane jedinice DBP-a je prikazan na Slici 5.

2. OPŠTI DEO


36

Slika 5. Tri paraleno vezane jedinice DBP-a u radu

3. CILJ RADA


3. Cilj rada Predmet istraživanja u ovom radu je bila provera primene filtracionog tretmana, reakcionih filtera na bazi modifikovanih prirodnih minerala, na procenat smanjenja zagañenja otpadnih voda iz mlekarske industrije. Cilj ovog rada je definisanje optimalnih uslova za dobijanje organo-zeolita za adsorpciju organskih zagañivača prisutnih u vodama. Istovremeno su ispitane i hidrauličke osobine adsorbenata na bazi zeolita kako bi se ovaj adsorbent mogao primeniti u ulozi reakcionih filtera, kao i njegova stabilnost u različitim uslovima primene. Ovim radom bi se stvorila fizičko-hemijska i tehnološka osnova procesa dobijanja i primene novih materijala za adsorpciju zagañivača prisutnih u vodama.

Drugi pravac istraživanja je bio sagledavanje i mogućnosti konkretne primene, u realnim sistemima, novog načina ozonizacije voda plazma reaktorom na bazi Dijelektričnog barijernog pražnjenja (DBP).

Istraživanja su rañena na otpadnim vodama u mlekari "Beograd" – AD "Imlek". U tom cilju istraživanja su tekla po sledećem algoritmu:

• ispitivanje kvaliteta otpadne vode AD "Imlek" praćenjem promena fizičko-hemijskih parametara u odreñenom vremenu

• utvrñivanje prosečnog protoka otpadne vode u mlekari što bi omogućilo da se realni sistem projektuje na protok koji ima veliku verovatnoću javljanja

• utvrñivanje potrošnje količine otpadne vode u odnosu na prerañenu količinu mleka. Ovaj podatak bi omogućio pravilnije pozicioniranje produkcije otpadne vode konkretne mlekare u odnosu na jediničnu količinu mleka u opsegu produkcije otpadnih voda datim u literaturi. Ovim bi se stvorila osnova za

3. CILJ RADA


pravilnije dimenzionisanje sistema za tretman otpadnih voda pri projektovanju novih ili proširenju starih proizvodnih kapaciteta mlekara

• formiranje pilot postrojenja sa adsorpcionom kolonom reakcionih filtera na bazi modifikovanih prirodnih minerala u laboratorijskim uslovima (cilj izrade pilot postrojenja i ispitivanja karakteristika filtracije vode kroz stub adsorbensa prirodnih aluminosilikata je da se na osnovu dobijenih rezultata na pilot postrojenju- laobratorijskom modelu izvrši transfer eksperimentalnih rezultata na realne sisteme za prečiščavanje, odnosno da se rezultati merenja i zaključci dobijeni na modelu preslikavaju realne sisteme). Za razliku od nekih drugih inženjerskih oblasti (mašinstvo, elektrotehnika, konstruktivni deo grañevine), eksperimenti su sastavni deo oblasti Mehanike fluida. Cilj svakog eksperimenta je da se dobiju opšta rešenja, primenljiva ne samo na jednom, konkretnom problemu, već primenjiva i na drugim, sličnim sistemima.

• odreñivanjem hidrauličkih karakteristika adsorbensa (Darsijevi koeficijenti) definisati tehničko-tehnološke karakteristike tretmana

• izračunavanjem i analizom dobijenih rezultata putem Rejnoldsovog bezdimenzionalnog broja Re i koeficijenta linijskog gubitka λ utvrditi karakter strujanja vode kroz adsorbent. Rejnoldsov bezdimenzionalni broja Re definiše oblast strujanja koja odreñuje mogućnost korišćenja Darsijeve jednačine za strujanje u poroznoj sredini. Koeficijent trenja λ definiše hidrauličke energetske gubitke na strujanju duž formiranog filtra.

• utvrñivanje karakteristika organo-zeolita koji se koriste u tretmanu otpadnih voda • formiranje poluindustrijskog pilot postrojenja za tretman otpadne vode mlekare

sa plazma generatorom • korišćenje plazma generatora orginalne konstrukcije u laboratorijskim uslovima u

cilju ispitivanja mogućnosti praktične primene ozonizatora originalne konstrukcije u tretiranju vode sa visokim HPK

• sagledavanje mogućnosti konkretne primene, u realnim sistemima, novih zelenih tehnologija (zeoliti, plazma reaktorom na bazi Dijelektričnog barijernog pražnjenja (DBP)) odnosno uporeñivanje ove dve metode pri njihovom korišćenju u tretmanu otpadnih voda. Sagledavanjem za koje zagañivače ove dve metode mogu jedna drugu da zamene a za koje mogu da se dopunjuju korišćenjem obe meteode u tehnološkom procesu tretmana otpadnih voda, visoko zagañenih organskim optrećenjem.

4. MATERIJAL I METODE ISPITIVANJA, DOBIJENI REZULTATI


4. Materijal i metode ispitivanja, dobijeni

rezultati

4.1. OPIS KANALIZACIONOG SISTEMA MLEKARE AD “IMLEK”

Mlekara “Beograd“ AD “Imlek” (u daljem tekstu mlekara “Imlek”) prosečno

dnevno preradi 500 000 l mleka. Pri preradi ove količine mleka potroši se oko 1 900 m3 vode/dan što iznosi oko 3,8 l vode/l mleka 31.

Tokom 2006- 2008 godine praćen je odnos količina prerañenog mleka i potrošnje vode u mlekari AD “Imlek”.

Kanalizacioni sistem mlekare “Imlek” je veoma složen i deo je kanalizacionog sistema Poljoprivrednog kombinata Beograd (PKB).

Kanalizacioni sistem mlekare “Imlek” u periodu od 1995. godine je rekonstruisan, tako da su otpadne vode podeljene i kanalisane. Formirana su tri kanalizaciona podsistema: kišna kanalizacija, tehnološka kanalizacija i kanalizacija za ostalu otpadnu vodu.

Kišna kanalizacija gravitaciono otiče u recipijent kanal “Lisičiji jarak”. Tehnološka kanalizacija i kanalizacija za ostalu otpadnu vodu se sakupljaju u sabirnom šahtu koji je istovremeno i prepumpni šaht. U prepumpnom šahtu su instalirane dve pumpe sa kapacitetom 2 x 80 l/sek, koje rade neizmenično. Iz prepumpnog šahta se otpadna voda ispušta u kanalizacioni sistem PKB-a. Dovodni cevovod do šahta je izgrañen od keramičkih kanalizacionih cevi prečnika Ø 400 mm1 i dužine L= 300 m1.



Prilikom rekonstrukcije kanalizacionog sistema izgrañene su linije i ostavljani

priključci za buduće prečišćavanje otpadnih voda.

4.2. PROTOCI OTPADNIH VODA U MLEKARI

Na osnovu merenja protoka vode, sezonski promenljive količine prerañenog mleka a time i količine otpadne vode, usvojeno je, procenjeno, da je prosečni protok otpadnih voda mlekare “Imlek” Qsr dnevno = 1 920 m3/dan ili preračunato u druge jedinice:34

Qsr časovno (m3/h) 80.00

Qsr min (m3/min) 1.33

Qsr sec (m3/s) 0.022

Qsr sec (l/s) 22.22

Tabela br. 7: Procenjeni proticaj otpadne vode tokom uzorkovanja 2001 g.

17. i 18. 12. 2007 g., kontinualno je meren protok otpadne vode ultrazvučnim meračem na bazi doplerovog efekta- Nivus. Srednja vrednost proticaja, maksilni proticaj, minimalni proticaj i ukupni proticaj u toku 33 h, dati su u tabeli br. 8 78.

Qsr (l/s) 22.00 Qmax (l/s) 43.67 Qmin (l/s) 6.86 Quk (m

3/33h) 2638.65

Tabela br.8: Proticaj otpadne vode tokom uzorkovanja 2007 g.

Doplerovi ultrazvučni merači protoka koriste se za vodu u kojoj postoje čvrste čestice, pa su izuzetno pogodni za merenja protoka tehnološke i otpadne vode. Doplerov princip se bazira na činjenici da se frekvencija zvuka menja ako se izvor zvuka ili prepreka od koje se odbija, pomera relativno u odnosu na prijemnik zvuka. Ako se ultrazvuk odbija od čestica koje putuju vodom, promena frekvencije zvuka će biti proporcionalna brzini čestica.

Na Slici 6. Prikazan je Nivus PCM - ultrazvučni merač protoka otpadnih voda na bazi doplerovog efekta.



Slika 6: Ultrazvučni merač protoka Nivus PCM

4.3. FIZIČKO - HEMIJSKO ISPITIVANJE OTPADNIH VODA 4.3.1. PRETHODNA ISPITIVANJA

Kontinuitrano sukcesivno uzorkovanje i ispitivanje fizičko hemijskih karkateristika otpadnih voda mlekare AD Imlek u periodu od minimalno 24 sata je vršeno 2001 i 2007 godine.

I Tokom 2001 g. za ispitivanje kvaliteta otpadne vode mlekare “Imlek” urañena je fizičko-hemijska analiza u 116 uzoraka vode. Voda je uzimana u odreñenim vremenskim intervalima u toku 24 sata, više dana, u dva različita godišnja perioda. Uzorci su uzeti iz sabirnog šahta otpadnih kanalizacionih voda mlekare (Šema 2.). Tokom ovog ispitivanja preko vodomera je merena potrošnja vode u mlekari.

II 2007 godine dana 17.12.2007 od 1400_2200 izvršeno je uzorkovanje na svakih dva sata (ukupno četiri uzorka) i od toga pripremljen i analiziran kompozitni uzorak. Od 2200-0600 takoñe je izvršeno četiri puta uzorkovanje otpadne vode na svaka dva sata i analiziran kompozitni uzorak kvaliteta otpadne vode. Dana 18.12.2007 godine u periodu od 0800-2200 izvršeno je uzorkovanje i analiza kvaliteta pojedinačnih uzoraka otpadnih



voda. Frekfenca uzorkovanja iznosila je dva sata tako da je analizirano ukupno osam uzoraka.

Sva uzorkovanja, ispitivanja i tumačenja izvršena su u skladu sa Zakonom o vodama ("Sl. glasnik SRS", br. 46/91) i Pravilnikom o tehničkim i sanitarnim uslovima za upuštanje otpadnih voda u gradsku kanalizaciju grada Beograda ("Sl. list grada Beograda, 1986.).

Šema 2. Situacija kanalizacije sa položajem mernog mesta



Mesto uzorkovanja prikazano je na Šemi 1. i Slici 7. Uzorkovanje otpadne vode prikazano je na Slici 8.

Slika 7 Fotografija kanalizacionog šahta- mesto uzorkovanja

Slika 8 Uzorkovanje otpadne vode



4.3.2. METODE FIZIČKO-HEMIJSKOG ISPITIVANJA 4.3.2.1. Metode ispitivanja fizičko-hemijskih parametra otpadne vode pri prethodnim ispitivanjima

Za odreñivanje kvaliteta otpadnih voda 2001 godine, urañena je fizičko-hemijska analiza vode u labaratoriji “Ekolab” – Padinska Skela standarnim i akreditovanim metodama.

Temperatura- termometrom (0° - 100°C) ;pH-potenciometrijski, pH-metar (EL 113050055-21); HPK-hemijska potrošnja kiseonika, bihromatna metoda; (mg O2/l); BPK5- biološka potrošnja kiseonika za 5 dana; (mg O2/l); Nt-ukupan azot (Kjeldahl); (mg/l); amonijak (NH4

+), spektrofotometrijski (Nessler); (mg/l); NO3- (N), volumetrijski;

(mg/l); NO2-,(N) volumetrijska metoda);(mg/l); ukupni fosfati PO4

3-, spektrofotometrijska metoda (mg/l); sulfati (SO4

2-), gravimetrijska metoda; (mg/l); hloridi (Cl-), volumetrijska metoda (mg/l); kalcijum (Ca2+), atomska apsorpciona spektrometrija (mg/l); alkalitet HCO3

-, metoda po Winnkleru; (mg/l); ukupne masti, ekstrakcija petroletrom, gravimetrijski; (mg/l).

Za odreñivanje kvaliteta otpadnih voda u okviru prethodnih ispitivanja 2007 god., urañena je fizičko-hemijska analiza vode.

2007 god. izvršena su „in situ“ merenja sledećih parametara kvaliteta otpadnih voda: temperatura vode, vidljive otpadne materije, vidljiva boja, miris, pH vrednost i specifična elektroprovodljivost. Izvršena je analiza sledećih parametara u labaratoriji: utošak KMnO4, hemijska potrošnja kiseonika-HPK, biološka potreba za kiseonikom-BPK5, ukupni isparni ostatak na 1050C, ukupni ostatak posle žarenja na 5500C, taloženje po Imhofu nakon 2 sata, nitrati, nitriti, amonijum jon, ukupni Kjeldal azot, ukupni fosfor, suspendovane materije, deterñženti i ukupna ulja i masti.



4.3.2.2. Metode ispitivanja fizičko-hemijskih parametra otpadne vode nakon filtracije ili ozonizacije Pri ispitivanju filtracije kroz kolonu i pri ozonizaciji fizičko-hemijskih parametra

su mereni PASTEL UV analizatorom koji radi na bazi UV apsorpcione spektrofotometrije. UV ispitivanje (analiza) je jednostavna metoda za kontrolu kvaliteta otpadnih voda koja je (tehnika) komplementarna za dobijanje. Na Slici 9. prikazan je Secomam Pastel UV analizator.

Slika 9 Secomam Pastel UV analizator Organske materije, suspendovane čvrste čestice i nitrati sadržani u vodama i

otpadnim vodama imaju specifični UV spektar koji predstavlja svojevrsni otisak te materije. Secomam pastel UV koristi taj UV otisak različitih zagañivača ili specifičnih jedinjenja u uzorku za procenu sadržaja ukupnog organskog ugljenika (Total Organic Carbon-TOC), hemijske potrošnje kiseonika (Chemical Oxygen Demand-COD), biološke potrošnje kiseonika (Biological Oxygen Demand-BOD), ukupno suspendovanih čvrstih čestica (Total Suspended Solids-TSS) i za odreñivanje nitrata i anjonskih površinski aktivnih supstanci.

UV spektrofotometrija je efikasna tehnika za jednostavno odreñivanje kvaliteta voda, pri cemu se koristi dekonvoluciona metoda i deterministicki izbor referentnih spektara. Direktna primena ove nove metode je kontrola postrojenja za preradu otpadnih voda i okolnih recepijnata. Ovaj jednostavan postupak se moze poboljšati korišćenjem memorije aparata kako bi se optimizovao izbor referentnih spektara.

Deterministička dekonvolucija UV spektara otpadnih voda daje kvalitativne i kvantitativne rezultate.



4.3.3. FIZIČKO-HEMIJSKE KARAKTERISTIKE OTPADNE VODE MLEKARE AD "IMLEK"- REZULTATI

U tabelama 9., 11. i 13. su prikazani rezultati ispitivanja fizičkih karakteristika otpadne vode mlekare AD "Imlek", a u tabelama 10., 12. i 14 hemijske karakteristike. Prikazane su maksimalne, srednje i minimalne vrednosti pojedinih parametara, kao i maksimalno dozvoljene vrednosti (MDK). Uočavaju se varijabilne vrednosti pH, kao i širok dijapazon vrednosti ostalih parametara, što je karakteristično za otpadne vode višepogonskog tehnološkog procesa, kakav je u mlekari AD "Imlek".

U uzorcima uzimanim svakodnevno u toku 15 dana utvrñeno je da su i minimalne vrednosti za hemijsku i biološku potrošnju kiseonika, HPK i BPK5, iznad maksimalno dozvoljenih vrednosti (Tabela 10.).

U tabelama 15 su prikazane fizičke a u tabeli 16 hemijske karakteristike uzoraka otpadne vode mlekare AD “Imlek”; MDK, maksimalne, srednje i minimalne izmerne vrednosti, očekivane vrednosti. Tabela 9. Fizičke karakteristike uzoraka otpadne vode mlekare AD “Imlek”. Uzorci uzimani svakodnevno u toku 15 dana (januar/februar 2001 g.), kapacitet mlekare 500 000 l/dan.

PARAMETRI MDK * Maksimalna Srednja Minimalna vrednost vrednost vrednost

Protok [m3/sat]

143 79 20

Temperatura [oC] 30 31.6 22.3

18.6

pH 6-9.5 12.3 7.35

1.61

Koloidne materije [mg/l] 4220

1252

325

Ukupne čvrste materije [mg/l] 8960

2562

810

Ukupne čvrste materije [mg/l] udeo organske materije

86.5 63.18

40.96

Ukupne čvrste materije [mg/l] udeo neorganske materije

13.5

36.82

59.04

Ukupne suspen. materije [mg/l] 500 1762

555 70

Ukupne suspen. materije [mg/l] udeo organske materije

85.71

64.08 40.32

Ukupne suspen. materije [mg/l] udeo neorganske materije

14.25 35.92 59.68

* MDK – maksimalno dozvoljene koncentracije (Pravilnik o tehničkim i sanitarnim uslovima za upuštanje otpadnih voda u gradsku kanalizaciju grada Beograda (Sl. list grada Beograda, 1986.).



Tabela 10. Hemijske karakteristike uzoraka otpadne vode mlekare AD “Imlek”. Uzorci uzimani svakodnevno u toku 15 dana (januar/februar 2001 g.), kapacitet mlekare 500 000 l/dan.


HPK [mg O2/l] 450 9600 1777 580

BPK5 [mg O2/l] 300 2740 1322 430 Nt – po Kjeldalu [mg/l] 493.5 172.76 46.55 NH4

+ - N [mg/l] 15 32.27 9.15 2.72 NO3

- - N [mg/l] 50 311.19 38.15 1.27 NO2

- - N [mg/l] 30 1.67 0.27 0.02 Ukupni P mg/l] 10 17.37 7.89 0.90 SO4

2- [mg/l] 350 340.00 51.63 11.50 Cl- [mg/l] 500 1462.50 235.51 16.33 Ca [mg/l] 380.38 147.84 68.20 HCO3

- [mg/l] 749.08 420.44 0.00 Ukupne masti i ulja [mg/l] 40 210.00 74.28 23.10 Tabela 11. Fizičke karakteristike uzoraka otpadne vode mlekare AD “Imlek”. Uzorci uzimani u toku 5 dana (jun/jul 2001 g.), na svakih sat vremena, kapacitet mlekare 500 000 l/dan.


Protok [m3/sat]

150

82 50

Temperatura [oC] 30 37.3

23.7 17.2

pH 6-9.5 12.5

8.1

2.2

Koloidne materije [mg/l] 1762 383 20

Ukupne čvrste materije [mg/l] 1912 846 123


86

75

55


14

25 45

Ukupne suspen. materije [mg/l] 500 1612 423

25


88 74

55


12 26

45



Tabela 12. Hemijske karakteristike uzoraka otpadne vode mlekare AD “Imlek”, Uzorci uzimani u toku 5 dana (jun/jul 2001 g.), na svakih sat vremena, kapacitet mlekare 500 000 l/dan.


HPK [mg O2/l] 450 13335 2145 115

BPK5 [mg O2/l] 300 5250 845 82 Nt – po Kjeldalu [mg/l] 480 123 17 NH4

+ - N [mg/l] 15 71 24 3 NO3

- - N [mg/l] 50 90 27 0.5 NO2

- - N [mg/l] 30 9.2 1.9 0.1 Ukupni P mg/l] 10 180 48 8.1 SO4

2- [mg/l] 350 954 344 190 Cl- [mg/l] 500 563 150 71 Ca [mg/l] 425 149 25 HCO3

- [mg/l] 728 390 0.0 Ukupne masti i ulja [mg/l] 40 212 68 12 Tabela 13. Fizičke karakteristike uzoraka otpadne vode mlekare AD “Imlek” (Uzorkovano 17-18. decembar 2007 g.), kapacitet mlekare 500 000 l/dan.


Protok [m3/sat]

157.21

80.03

20.00

Temperatura [oC] 30 35.90

26.33

16.90

pH 6-9.5 12.03

8.51

5.98

Koloidne materije [mg/l] -

-

-

Ukupne čvrste materije [mg/l] -

-

-


-

-

-


-

-

-

Ukupne suspen. materije [mg/l] 500 2525

818

182


-

-

-


- - -



Tabela 14. Hemijske karakteristike uzoraka otpadne vode mlekare AD “Imlek” (Uzorkovano 17-18. decembar 2007 g.), kapacitet mlekare 500 000 l/dan.


HPK [mg O2/l] 450 2163 1786 1450

BPK5 [mg O2/l] 300 1610 892 256 Nt – po Kjeldalu [mg/l] 114 72 42 NH4

+ - N [mg/l] 15 <1 <1 <1 NO3

- - N [mg/l] 50 67 30 10 NO2

- - N [mg/l] 30 0.09 0.062 0.035 Ukupni P mg/l] 10 5.2 4.18 - SO4

2- [mg/l] 350 - - 2.8 Cl- [mg/l] 500 - - - Ca [mg/l] - - - HCO3

- [mg/l] - - - Ukupne masti i ulja [mg/l] 40 76.9 21.65 1.6

Tabela 15. Fizičke karakteristike uzoraka otpadne vode mlekare AD “Imlek”, kapacitet mlekare 500 000 l/dan- MDK, maksimalne, srednje i minimalne izmerene vrednosti, očekivane vrednosti

PARAMETRI MDK * Maks. vrednost

Srednja vrednost

Min. vrednost

srednja vrednost/MDK

Očekivana vrednost

Protok [m3/sat] 157.21 80.03 20.00 - -

Temperatura [oC] 30 37.3 23.96 16.9 0.80 -

pH 6-9.5 12.5 8.31 1.61 - 5-11

Koloidne materije [mg/l] - 4220 1740 20 - -

Ukupne čvrste materije [mg/l]

- 8960 3453 123 - 1500- 5100


- 86 76 55 - -


- 14 25 45 - -


- 55 68 88 - -

Ukupne suspen. Materije [mg/l] udeo neorganske materije

- 12 24 12 - -

Ukupne suspen. materije [mg/l]

- - - - - 100- 1000



Tabela 16. Hemijske karakteristike uzoraka otpadne vode mlekare AD “Imlek”, kapacitet mlekare 500 000 l/dan- MDK, maksimalne, srednje i minimalne izmerene vrednosti, očekivane vrednosti

Hemijske karakteristike uzoraka otpadne vode mlekare AD “Imlek”

PARAMETRI MDK *

Maksimalna vrednost

Srednja vrednost

Minimalna vrednost

Koli čnik srednje vrednosti

parametara i MDK (srednja

vrednost/ MDK)

Očekivana vrednost

HPK [mg O2/l] 450 13335 1903 115 4.23 1200-3750

BPK5 [mg O2/l]

300 5250 1020 82 3.40 800- 2500

Nt – po Kjeldalu [mg/l]

- 480 123 17 - 50- 150

NH4+ - N

[mg/l] 15 71 17 3 1.13 -

NO3- - N

[mg/l] 50 90 32 10 0.64 -

NO2- - N

[mg/l] 30 1.9 0.74 0.06 0.02 -

Ukupni P [mg/l]

10 180 20.02 4.18 2.00 10-100

SO42- [mg/l] 350 954 198 52 0.57 -

Cl- [mg/l] 500 563 193 71 0.39 -

Ca [mg/l] - 425 148 25 - -

HCO3- [mg/l] - 728 405 390 - -

Ukupne masti i ulja [mg/l]

40 212 48 12 1.20 400- 690

Ključni parameteri kvaliteta otpadnih voda mlekarske industrije uobičajeno su

sledećih vrednosti: biološka potrošnja kiseonika (BPK) sa prosečnom vrednošću 800- 2 500 mgO2/l; hemijska potrošnja kiseonika (HPK) 1 200-3 750 mg O2/l (oko 1,5 puta veća od vrednosti BPK); pH 5- 11; ukupne suspendovane materije sa vrednošču od 100- 1 000 mg/l; ukupne čvrste materije 1 500- 5 100 mg/l;ukupne rastvorene materije: fosfor 10-100 mg/l; azot 50- 150 mg/l.

Srednja vrednost HPK je 1903 mg O2/l, minimalna izmerena vrednost 115 a maksimalna 13 335 mg O2/l. Srednja vrednost HPK je 4.23 puta veća od MDKHPK=450 mg O2/l.

Srednja vrednost BPK je 1020 mg O2/l, minimalna izmerena vrednost 82 a maksimalna 5250 mg O2/l. Srednja vrednost BPK je 3.40 puta veća od MDK BPK= 300 mg O2/l.



Srednja vrednost ukupne masti i ulja je 48 mg/l, minimalna izmerena vrednost 12 a maksimalna 212 mg/l. Srednja vrednost parametra ukupne masti i ulja je 4.23 puta veća od MDK Ukupne masti i ulja =40 mg/l. Srednja vrednost NH4+ je 1.20 puta veća od MDK NH

4+=15 mg/l. Srednja vrednost ukupne čvrste materije je 8.31 mg/l, minimalna izmerena

vrednost 1.61 a maksimalna 12.50 mg/l. Srednja vrednost pH je 8.31, minimalna izmerena vrednost 1.61 a maksimalna

12.50. Srednja vrednost pH kretala se u okviru MDK pH= 6-9,5. Srednja vrednost ukupnog N je 123 mg/l, minimalna izmerena vrednost 17 a

maksimalna 480 mg/l. Srednja vrednost NH4+ 17 mg/l, minimalna izmerena vrednost 3 a maksimalna 71

mg/l. Srednja vrednost NH4+ je 1.13 puta veća od MDK NH4+=15 mg/l.

Srednja vrednost ukupnog P je 20.02 mg/l, minimalna izmerena vrednost 4.18 a maksimalna 180.00 mg/l. Srednja vrednost P je 2.00 puta veća od MDKP =10 mg/l.

Može se zaključiti da parametri otpadnih voda mlekare AD „Imlek” HPK, BPK, NH4+, ukupni P, Ukupne masti i ulja, značajno odstupaju od vrednosti MDK. Hemijske i fizičke karakteristike uzoraka otpadne vode mlekare AD “Imlek” ne odstupaju značajnije od literaturnih podataka.



4.3.3.1. ODNOS UPOTREBLJENE VODE I PRERAĐENOG MLEKA Pregled, po mesecima tokom 2006, 2007 i 2008 g., upotrebljene vode u odnosu

na količinu prerañenog mlekare u AD “Imlek”-u data je u Tabeli 17.

Tabela 17. Pregled, po mesecima 2006-2008 g., upotrebljene vode u odnosu na količinu prerañenog mlekare AD “Imlek”

Mesec

UKUPNA potrosnja

vode (m3)

Prerañeno mleka ukupno-

( lit) Potrošnja

lvode/lmleka

(-)

UKUPNA potrosnja

vode (m3)

Prerañeno mleka ukupno-

( lit) Potrošnja

lvode/lmleka

(-)

UKUPNA potrosnja vode m/3

(m3)

Prerañeno mleka -

( lit) Potrošnja

lvode/lmleka

(-) 2006 2007 2008

Januar 55.062 14.505.601 3,80 55.486

15.041.102 3,69 81.745

16.934.385 4,83

1/2 27.206 27.968 41.528 2/2 27.856 27.519 40.217

Februar 47.869 13.912.375

3,44 52.206 13.839.609

3,77 62.669 17.491.816

3,58

1/2 26.028 25.372 29.168 2/2 21.841 26.834 33.501

Mart 43.588 15.767.114

2,76 57.455 15.674.592

3,67 68.421 19.749.005

3,46

1/2 23.350 26.598 31.663 2/2 20.238 30.857 36.758

April 48.991 15.305.571 3,20 63.129

15.299.331 4,13 61.212

17.947.175 3,41

1/2 23.352 34.669 30.645 2/2 25.639 28.460 30.567

Maj 51.561 15.546.210

3,32 66.111 16.659.639

3,97 64.132 19.996.160

3,21

1/2 24.955 30.218 31.959 2/2 26.606 35.893 32.173

Jun 46.321 14.235.826

3,25 62.155 15.097.465

4,12 68.758 18.340.625

3,75

1/2 23.568 31.312 36.226 2/2 22.753 30.843 32.532

Jul 48.434 13.887.410 3,49 75.375

15.108.758 4,99 65.954

17.221.252 3,83

1/2 24.817 40.211 29.483 2/2 23.617 35.164 36.471

Avgust 48.333 14.068.412

3,44 64.626 14.982.417

4,31 70.155 17.252.260

4,07

1/2 23.273 31.060 33.135 2/2 25.060 33.566 37.020

Septembar 43.941 14.177.869

3,10 71.559 14.974.956

4,78 62.674 16.273.650

3,85

1/2 21.195 35.473 31.017 2/2 22.745 36.087 31.657

Oktobar 52.478 15.572.513 3,37 72.691

16.072.849 4,52 67.582

17.068.037 3,96

1/2 26.882 32.361 32.833 2/2 25.596 40.330 34.749

Novembar 46.912 14.212.158 3,30 65.099 14.499.198 4,49 66.819 16.063.612 4,16 1/2 23.183 30.622 33.214 2/2 23.730 34.476 33.605

Decembar 47.481 14.611.825

3,25 59.863 16.071.142

3,72 52.640 16.536.042

3,18

1/2 25.358 30.574 28.334 2/2 22.123 29.289 24.306

UKUPNO 580.970 161.734.472 3,59 765.754 183.321.058 4,18 792.761 210.874.017 3,76

min

2,76

3,67

3,18

max 3,80 4,99 4,16



Korišćenjem standardnih programskih paketa statistički je obrañen i analiziran odnos upotrebljene vode i prerañenog mleka (lvode/lmleka). U ukupnoj proizvodnji mlekare godišnje se preradi oko cca 200 000 m3 mleka, za šta se potroši oko 800 000 m3 vode (odnos prerañenog mleka i potrošene vode je cca 1: 4).

4.4. FILTRACIJA VODE KROZ STUB ADSORBENSA

4.4.1. FIZIČKO-HEMIJSKE KARAKTERISTIKE ADSORBENSA

Granulometrijska analiza

Adsorbens je formiran od granulisanog silikata-aluminosilikata (zeolit- klinoptilolit) (Tabela 18., 18.1., 18.2., 18.3).

Od četiri frakcije mineralne mešavine zeolita (frakcija 0,2-2 mm, 2-3 mm, 3-5 mm, i 5-7 mm) formirana su tri adsorbensa Adsorbens I (najzastupljenija krupna frakcija), Adsorbens II (sve frakcija ravnomerno zastupljene), Adsorbens III (najzastupljenija sitna frakcija). U Adsorbensu AI učešće pojedinih frakcija je bilo 0,2-2 mm: 10%, 2-3 mm: 20%, 3-5 mm: 30% i 5-7 mm: 40%. U Adsorbensu AII učešće pojedinih frakcija je bilo 0,2-2 mm: 25 %, 2-3 mm: 25%, 3-5 mm: 25% i 5-7 mm: 25%. U Adsorbensu AIII učešće pojedinih frakcija je bilo 0,2-2 mm: 40%, 2-3 mm: 30%, 3-5 mm: 20% i 5-7 mm: 10% (Tabela18. i Grafik 1.).

Prosejavanjem odreñen je granulometrijski sastav adsorbensa i zastupljenost pojedinih frakcija (Tabela 18.1., 18.2., 18.3., i Grafik 1.1., 1.2., 1.3., 1.4.). Na Graficima 1.1., 1.2. i 1.3. sa ds (mm) su obeleženi otvori sita, na apscisu su nanete vrednosti

( ) 45.0sd (mm).

Sa Grafika 1.4. se vidi da adsorbensi korišćeni tokom ispitivanja za potrebe izrade disertacije Adsorbens I (najzastuplenija krupna frakcija), Adsorbens II (sve frakcije ravnomerno zastupljene), Adsorbens III (najzastupljenija sitna frakcija) odgovaraju mineralnim mešavinama koje spadaju najvećim delom u kategoriju sitan šljunak (od krupnog peska do srednjeg šljunka).



Tabela br. 18 Granulometrijska analiza adsorbensa I, II i III

Red. broj odgovarjučeg

sita

Otvor sita

(mm)

Procenat prolaza

apsorbens I (%)

Procentualni odnos

pojedinih frakcija

adsorbensa I

Procenat prolaza

apsorbens II (%)

Procentualni odnos

pojedinih frakcija

adsorbensa II

Procenat prolaza

apsorbens III (%)

Procentualni odnos

pojedinih frakcija

adsorbensa III

najzastuljenija krupna

frakcija sve frakcija ravnomerno

zastupljene najzastupljenija sitna

frakcija 1 0.8 0 0 0 2 2 10 0.2-2: 10% 25 0.2-2: 25% 40 0.2-2: 40% 3 3 30 2-3: 20% 50 2-3: 25% 70 2-3: 30% 4 5 60 3-5: 30% 75 3-5: 25% 90 3-5: 20%

5 7 100 5-7: 40% 100 5-7: 25% 100 5-7: 10%

Kriva zastupljenosti pojedinih frakcija

adsorbensa I, II i III

0

20

40

60

80

100

0,8 2 3 5 7

Veličina otvora sita (mm1)

Pro

cena

t pro

laza

(

%)

Adsorbens I

Adsorbens II

Adsorbens III

Grafik 1 . Granulometrijska kriva zastupljenosti pojedinih frakcija adsorbensa Za adsorbens I (najzastupljenija krupna frakcija) ekvivalentni prečnik zrna deAI= 2.2mm1= 0.022 dm1

Za adsorbens II (sve frakcija ravnomerno zastupljene) ekvivalentni prečnik zrna deAII= 1.6 mm1= 0.016 dm1 Za adsorbens III (najzastupljenija sitna frakcija) ekvivalentni prečnik zrna deAIII =1.45 mm1= 0.0145 dm1



Tabela br. 18.1. Radni sastav mešavine Adsorbensa I

RADNI SASTAV MINERALNE MEŠAVINE- ADSORBENS I

Vrsta mešavine FRAKCIJE: 0.2/2, 2/3, 3/5, 5/7 (mm) ADSORBENS I klinoptilolit / Fruška gora

Veličina Prolaz kroz sito (%)

otvora sita ds(mm) 0.2 0.4 0.63 1.6 2.0 2.83 3.36 5.0 6.35 7.93 10.0 frakcija 0.2-2 0.2-2 1.2 24.2 39.5 88.4 98.4 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 frakcija 2-3 2-3 4.4 64.0 98.5 100.0 100.0 100.0 100.0 frakcija 3-5 3-5 3.5 97.5 100.0 100.0 100.0 frakcija 5-7 5-7 2.6 36.1 95.5 100.0

Osnovni ds učešće Prolaz kroz sito (%) materijali (mm) (%) 0.2 0.4 0.63 1.6 2.0 2.83 3.36 5.0 6.35 7.93 10.0 frakcija 0.2-2 0.2-2 10.0 0.1 2.4 3.9 8.8 9.8 10.0 10.0 10.0 10.0 10.0 10.0 frakcija 2-3 2-3 20.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.9 12.8 19.7 20.0 20.0 20.0 20.0 frakcija 3-5 3-5 30.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.1 29.3 30.0 30.0 30.0 frakcija 5-7 5-7 40.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.0 14.4 38.2 40.0

Radna mešavina 100.0 0.1 2.4 3.9 8.8 10.7 22.8 30.8 60.3 74.4 98.2 100.0

Projektovna mešavina 0.0 1.1 2.4 7.8 10.0 22.2 30.0 60.0 78.4 100.0 100.0 Dozvoljeno odstupanje ± 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0

Granica tolerancija 5.0 6.1 7.4 12.8 15.0 27.2 35.0 65.0 83.4 100.0 100.0 projektovane mešavine 0.0 0.0 0.0 2.8 5.0 17.2 25.0 55.0 73.4 95.0 100.0

GRANULOMETRIJSKI SASTAV MINERALNE MEŠAVINE- ADSORBEN S I

0.20.4

0.63 1.6 2 2.833.36

5.0 6.35 7.93 10 16 22.4 31.5 450

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

ds0.45 [mm]

prol

az k

roz

sito

[%]

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

osta

ci n

a si

tu [%

]

OSTVARENA MEŠAVINA

POJAS TOLERANCIJE

PROJEKTOVANA MESAVINA

ds- otvor sita (mm)

Grafik 1 .1. Granulometrijska kriva Adsorbensa I



Tabela br. 18.1. Radni sastav mešavine Adsorbensa II

RADNI SASTAV MINERALNE MEŠAVINE- ADSORBENS II

Vrsta mešavine FRAKCIJE: 0.2/2, 2/3, 3/5, 5/7 (mm) ADSORBENS II klinoptilolit / Fruška gora



Osnovni ds učešće Prolaz kroz sito (%)

materijali (mm) (%) 0.2 0.4 0.63 1.6 2.0 2.83 3.36 5.0 6.35 7.93 10.0 frakcija 0.2-2 0.2-2 25.0 0.3 6.0 9.9 22.1 24.6 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 frakcija 2-3 2-3 25.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.1 16.0 24.6 25.0 25.0 25.0 25.0 frakcija 3-5 3-5 25.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.9 24.4 25.0 25.0 25.0 frakcija 5-7 5-7 25.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.7 9.0 23.9 25.0

Radna mešavina 100.0 0.3 6.0 9.9 22.1 25.7 41.0 50.5 75.0 84.0 98.9 100.0 Projektovna mešavina 0.0 2.8 6.0 19.4 25.0 40.3 50.0 75.0 86.5 100.0 100.0

Dozvoljeno odstupanje ± 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0


GRANULOMETRIJSKI SASTAV MINERALNE MEŠAVINE- ADSORB ENS II

0.20.4

0.63 1.6 2 2.833.36

5.0 6.35 7.93 10 16 22.4 31.5 450

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

ds0.45 [mm]

prol

az k

roz

sito

[%]

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

osta

ci n

a s

itu [%

]

OSTVARENA MEŠAVINA

POJAS TOLERANCIJE


ds- otvor sita (mm)

Grafik 1 .2. Granulometrijska kriva Adsorbensa II



Tabela br. 18.3. Radni sastav mešavine adsorbensa III

RADNI SASTAV MINERALNE MEŠAVINE- ADSORBENS I

Vrsta mešavine FRAKCIJE: 0.2/2, 2/3, 3/5, 5/7 (mm) ADSORBENS I klinoptilolit / Fruška gora



Osnovni ds učešće Prolaz kroz sito (%) materijali (mm) (%) 0.2 0.4 0.63 1.6 2.0 2.83 3.36 5.0 6.35 7.93 10.0

frakcija 0.2-2 0.2-2 10.0 0.1 2.4 3.9 8.8 9.8 10.0 10.0 10.0 10.0 10.0 10.0 frakcija 2-3 2-3 20.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.9 12.8 19.7 20.0 20.0 20.0 20.0 frakcija 3-5 3-5 30.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.1 29.3 30.0 30.0 30.0 frakcija 5-7 5-7 40.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.0 14.4 38.2 40.0

Radna mešavina 100.0 0.1 2.4 3.9 8.8 10.7 22.8 30.8 60.3 74.4 98.2 100.0

Projektovna mešavina 0.0 1.1 2.4 7.8 10.0 22.2 30.0 60.0 78.4 100.0 100.0 Dozvoljeno odstupanje ± 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0


GRANULOMETRIJSKI SASTAV MINERALNE MEŠAVINE- ADSORB ENS III

0.20.4

0.63 1.6 2 2.833.36

5.0 6.35 7.93 10 16 22.4 31.5 450

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

ds0.45 [mm]

prol

az k

roz

sito

[%]

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

osta

ci n

a si

tu [%

]

OSTVARENA MEŠAVINA

POJAS TOLERANCIJE


ds- otvor sita (mm)

Grafik 1 .3. Granulometrijska kriva Adsorbensa III



Grafik 1 .4. Granulometrijska kriva Adsorbensa I, Adsorbensa II i Adsorbensa III

Pro

cen

at z

rna

man

jih o

d D

P

(%)

90

80

70

60

50

40

30

20

10

100

0.0

00

2

0.0

00

4

0.0

00

6

0.0

00

80

.00

1

0.0

02

0.0

06

0.0

08

0.0

1

0.0

2

0.0

4

0.0

6

0.0

80

.1

0.

2

0.

4

0.

6

0.

81 2 4 6 8 1

0

20

40

60

0.0

04

PESA K ŠLJUNAKPR A IN AŠGLINAS ITNA S ITA N S ITA NKRUPNA KRUPAN KRUPANSREDNJA SREDNJI SREDNJI

Pr D m me ( )čn ik z rn a



4.4.2. TEHNIČKO-TEHNOLOŠKE KARAKTERISTIKE KOLONE SA ADSORBENSOM

Eksperimentalno istraživanje, hidraulička analiza na projektovanom modelu na osnovu merenja fizičko-hemijskih parametara, definisanje komponenti koje opisuju hidrauličke procese dimenzionom analizom omogućava prenos labaratorijskih istraživanja na realne sisteme.

Konstruisana je kolona ukupne visine h= 130 cm, prečnika Ø= 125 mm (Slika 10., 10.1., Šema 3., 3.1), visine adsorbensa 80 cm (radni kapacitet kolone ccc 9.8 litara adsorbensa). Kolona je pre propuštanja vode navlažena preko ispusta za profiltriranu vodu u suprotnom pravcu od toka vode kroz adsorbens. Na dno kolone je postavljena metalna mrežica velike vodopropustiljivosti da speči ispiranje sitnih čestica adsorbensa. Ista takva mrežica je postavljena i na vrh adsorbensa kao zaštita.

Kroz kolonu je propuštena u jednom navratu česmenska voda (obeležana kao CV) i u dva navrata otpadna voda (obeležene kao OV I i OV II). Česmenska voda CV je uzorkovna iz mreže javnog vodosnadbevanja i odgovara Pravilniku o higijenskoj ispravnosti vode za piće (Sl. list SR Jugoslavije br.42/98). Otpadna voda OV I i otpadna voda OV II su vode uzorkovane u prepumpnom šahtu (Šema 2.) 16.08.2005 g. i 09.12.2005 godine. Karakteristike ova dva uzorka otpadnih ovoda su u granicama krakteristika otpadnih voda prikazanih u Tabelama 9-16. Analiza uzoraka otpadne vode iz mlekare AD „Imlek” – Beograd, koja je bila opitni poligon, data je u poglavalju 4.3.3. i ne odstupa značajnije od literaturnih podataka. Tako je prosečno BPK 800- 1500 mg/l a maksimum je išao i do 5 000 mg/l. HPK se kretala u okviru 1,5- 2 puta više u odnosu na BPK).

Pilot postrojenje je pored kolone sadržalo i rezervoar V= 1000 l ne tretirane vode, prepumpni sud PS, posudu za održavanje konstantnog pritiska u koloni PKP (Slika 10., 10.1., Šema 3.)., odvajač masti ODM (Slika 10., 10.2., 10.3., Šema 3., 3.2.). Odvajač masti je četvorokomorni sa pet pregrada i komorom za evakuaciju izdvojenih masti i ulja. Dimenzije ax bx h odvajača masti ODM su a= 60 cm, b= 20 cm, h= 30cm.



Slika 10. Pilot postrojenje sa filtracionom kolonom tokom rada



Slika 10.1. Pilot postrojenje sa filtracionom kolonom- detalj kolone i prelivne komore za održavanje nivoa



Slika 10.2. Detalj pilot postrojenja- odvajač masti

Voda je iz rezervoara netretrirane vode prolazeći kroz odvajač masti uticala u prepumpni rezervaoar iz koga je pumpom dizana u prelivnu komoru za održavanje nivoa. Iz prelivne komore za održavanje nivoa voda je uticala u kolonu. U koloni je preko preliva održavana konstantna pijezometarska kota Πulazno. Na različitim visinama kolone su instalirana četiri pijezometarska creva kojima su preko merne skale očitavane pijezometarske kote Πi u toku filtriranja vode kroz adsorbens u koloni (Na Slici 10. je dat detalj očitavanja pijezomatarskih kota Πi tokom rada kolone).

Pilot postrojenje sadrži pet regulacionih ventila: na izlasku iz suda netretirane vode, na ulasku u odvajač masti, izmeñu odvajča masti i prepumpnog suda, izmeñu prelivne komore za održavanje nivoa i prelivne komore same kolone, na ispustu tretirane vode iz kolone. Regulacioni ventili omogoućavaju regulaciju protoka kroz pojedine segmente pilot postrojenja.

Izmerena je zapremina i masa sva tri adsorbensa (Adsorbens I: V= 9,8 dm3, Q= 8 728 g; Adsorbens II: V= 9,8 dm3, Q= 8 550 g; Adsorbens III: V= 8,383 dm3, Q= 8 383 g) pre ugrañivanja u kolonu. Izračunata je specifična nasipna masa adosrbensa (sa porama) i ona iznosi za Adsorbensa I ρI= 0.890 kg/dm3, za Adsorbensa II ρII= 0.872 kg/dm3, za Adsorbensa III ρIII= 0.855 kg/dm3. U kolonu je postavljeno u sva tri slučaja 9.8 dm3 adsorbensa.



Slika 9.3. Detalj pilot postrojenja- odvajač masti u radu



Šema 3. Šema pilot postrojenja sa kolonom za filtraciju

4.MATERIJAL I METODE ISPITIVANJA, DOBIJENI REZULTATI


Šema 3. 1. Šema pilot postrojenja sa kolonom za filtraciju- detalj kolone sa mernom skalom pijezometarskih kota



Šema 3. 2. Šema pilot postrojenja sa kolonom za filtraciju- detalj odvajača masti i prempnog suda



Šema 3. 3. Šema pilot postrojenja sa kolonom za filtraciju- detalj prelivne komore i suda sa netretiranom vodom



4.4.2.1. Hidraulična ispitivanja

Strujanje vode kroz adsorbens u koloni predstavlja strujanje u poroznoj sredini- filtraciju.

Ovakvo strujanje karakterišu brzine vode

A*n

Qvs = (stvarna brzina) i

AQ

v = (Darsijeva brzina)

gde je: - vs (m/s) stvarna brzina kretanja čestica vode - v (m/s) Darsijeva brzina kretanja čestica vode - n (-) koeficijent poroznosti n= ∆Vs/∆V - ∆Vs (m

3) zapremina šupljina u poroznoj sredini - ∆V (m3) ukupno posmatrana zapremina.

Strujanje vode u adsorbensu odnosno u poroznoj sredini pokorava se Darsijevoj jednačini filtracije po kojoj je v= K J gde je

- K (m/s) Darsijev koeficijent filtracije - J (-) pad pijezometraske linije J= ∆Π/∆S - ∆S (m/dm/cm) rastojanje preseka - ∆Π (m/dm/cm) razlika izmerenih pijezometarskih kota odgovarajućih preseka

pri strujanu vode kroz poroznu sredinu Jedinica za K je (m/sec), (dm/sec) ili (cm/sec). Darsijev koeficijent filtracije ima dimenziju brzine pa ne bi trebalo da se zove

koeficijent ali je to uobičajeno. Kozeni je dao izraz za Darsijev koeficijnt filtracije koji zavisi od:

- d (mm/ cm/ dm) prečnik zrna materijala - n (-) poroznost - ν (m2/s) kinematskog koeficijenta viskozitet (odnosno temparatura vode, obzirom

da za isti materijal koficijent viskoznosti zavisi od temparature jer je promena koeficijenta viskoznosti zanemarljiva pri promeni naponskog stanja)

∗−= −

s

m

ν)n1(

d*g*n10*1.8K

2

233

Ova zavisnost se odnosi na uniformni material ali se, uvoñenjem efektivnog prečnika de materijala, može koristiti za material nejednolikog granulometrijskog sastava.

Po preporuci Kozenija50 de (mm1, cm1)se očitava sa krive zastupljenosti materijala izmeñu de= d10% do d17% .

Za adsorbense upotrebljene pri ispitivanju za potrebe ove disertacije očitana je vrednost za ekvivalentni prečnik de= d15% sa Grafika 1.: - Za adsorbens I (najzastupljenija krupna frakcija) ekvivalentni prečnik zrna deAI =d15% AI = 2.2 mm1= 0.022 dm1 - Za adsorbens II (sve frakcija ravnomerno zastupljene) ekvivalentni prečnik zrna



deAII=d15% AII = 1.6 mm1= 0.016 dm1 - Za adsorbens III (najzastupljenija sitna frakcija) ekvivalentni prečnik zrna deAIII =d15% AIII =1.45 mm1= 0.0145 dm1

Darsijev zakon filtracije važi za linearni zakon otpora što odgovara laminarnom

režimu strujanja u cevima. U toku filtracionih procesa voda ne struji u slojevima što je uslov za laminarni režim. Voda se filtrira kroz prostore izmeñu zrna materijala koji su uglavnom nepravilne cevčice iako je, za potrebe fizičkog tumačenja Darsijevog koeficijenta filtracije K, uobičajeno prihvaćeno kao da su pravilne.

Ispitivanja su pokazala da vezu izmeñu koeficijenta otpora λ i Rejnoldsovog broja Re, dobijenog preko bruto brzine i prečnika zrna materijala ima sličnosti sa Nikuradzeovim dijagramom otpora za peščanu rapavost. Ovo se najbolje vidi na dijagramu koji daje vezu λ=λ(Re) za strujanje vode u poroznoj sredini (na apcisi je dat Re a na ordinati λ) 50.

Sličnost ove veze sa zavisnošću otpora trenja kod cevi ima odgvarajuće uslove: - kod strujanja vode u cevima laminarni zakon otpora važi do vrednosti,

Re= cca 2 300(-), kod strujanja vode u poroznoj sredini po literaturi linerani zakon otpora prestaje za vredsoti Re= cca 5(-)50,

- kod strujanja vode u cevima Rejnoldsov broj računamo preko srednje brzine i

prečnika cevi a kod filtracije preko fiktivne brzine AQ

v = (m/s) i prečnika zrna de

(dm1), odnosno ν

= ee

d*vR (-),

- prelazna zona režima je kod filtracije blaga, nije nagla kao kod strujanja kroz cevi,

- pri ispitivanju za potrebe disertacije linerani zakon otpora važi i za vrednosti Re = 5 (-). Linerani zakon otpora pri strujanju kroz ispitivane adsorbense prestaje za vrednosti Rejnoldsovog broja cca Re= 7- 10(-).

4.4.3. FILTRACIONI POSTUPAK

Kroz kolonu je propuštena u jednom navratu česmenska voda (obeležana kao ČV) i u dva navratu otpadana voda (obeležana kao OV I i OV II).

Za formiranje filtracione kolone korišćene su četiri frakcije adsorbensa: I 0.2-2.0; II 2.0-3.0; III 3.0-5.0; IV 5.0-7.0. Promenama procentualnog odnosa pojedinih frakcija dobijena su tri adsorbensa obeležena sa Adsorbens I, Adsorbens II, Adsorbens III.

ČV, OV I i OV II su propuštane kroz tri različita adsorbensa A I, A II i A III (Grafik 1., Tabela 18.).

Voda je iz rezervoara netretrirane vode prolazeći kroz odvajač masti uticala u prepumpni rezervaoar iz koga je pumpom dizana u prelivnu komoru za održavanje nivoa.

Iz prelivne komore za održavanje nivoa voda je uticala u kolonu.



Protokom vode kroz pilot postrojenje je upravaljano regulacionim ventilima. Tokom rada kolone očitavane su pijezometarske kote u tačkama kolone na kojima

su bila instalirana pijezometarska creva. Podešavanjem ventila uspostavljana su različita stacionarna stanja za pojedine

protoke Qi. Stacionarnim stanjem je smatran protok pri kome nema promene pijezometrskih kota u pijezometrskim crevima kolone.

Po uspostavljanju stacionarnog stanja toka kroz kolonu merena je menzurom zapremina tretirane vode ∆V i (lit) i vreme ∆ti (sek) za koje je merena zapremina vode istekla. Na osnovu ova dva parametra je izračunat protok tretirane vode Qi (l/s). Očitavane su pijezometrske kote (Π1i (cm), Π2i (cm), Π3i (cm), Π4i(cm), Π5i (cm)) na merenim mestima pijezometarskih kota u trenutku kada je kroz kolonu tekao protok Qi. Na slici broj 10 je prikazano očitavanje pijezomatarskih kota tokom rada kolone.

Merena je temparatura t(°C) vode na ulasku i izlasku iz kolone. Pomoću merenih podataka su izračunati Darsijevi koeficiejnti filatracije K (dm/s),

Rejnoldsov broj Re (/) i koeficijent otpora λ (/). Eksperimentalne performanse su važne za sagledavanja režima tečenja, odnosno

filtracije, vode kroz kolonu (da li je tečenje laminarno, prelazno ili turbulntno).

Slika 11. Očitavanje pijezomatarskih kota tokom rada kolone



4.5. MODIFIKOVANI ZEOLITI-ORGANOZEOLITI

4.5.1. MATERIJALI I METODE DOBIJANJA MODIFIKOVANIH ZEOLITA-ORGANOZEOLITA

4.5.1.1. Polazne sirovine

Kao polazna sirovina korišćen je zeolitski tuf ležišta Beočin na Fruškoj Gori,

Republika Srbija. Uzorci su pripremljeni mlevenjem i mokrim postupkom klasiranja pri čemu su za ovo ispitivanje izdvojene četiri frakcije: 0-0.4 mm; 0.4-0.8 mm; 0.8-3.0 mm; 3.0-5.0 mm.

- Organski modifikator - kvaternarni amin

Kao što je ranije naglašeno organski modifikator se koristi jer prirodni zeolit ne

poseduje sposobnost adsorbcije anjona zbog negativnog nelektrisanja alumosilikatne mreže. Shodno tome adsorbcijom površinski aktivnih supstanci kao organskih modifikatora moguća je delimična neutralizacija negativnih naelektrisanja spoljne površine minerala zeolita.

Kao organska komponenta u eksperimentima sinteze organo-zeolita korišćena je kvaternarna amonijumova so stearil-dimetil-benzil-amonium-hlorid (SDBAH), proizvoñača “Hoechst″, Nemačka. Ova so je slaba kiselina (pKa ≈ 45) i rastvorna je u vodi i organskim rastvaračima. Strukturna formula SDBAH je prikazana na slici 12.

Slika 12. Strukturna formula SDBAH

Osnovne fizičko-hemijske karakteristike SDBAH su prikazane u Tabeli 19.

H3C(H2C)17 N

CH3

CH3

CH2

Cl-

+



Tabela br. 19. Fizičko – hemijska svojstva SDBAH Agregatno stanje Čvrsto

Molarna masa, gmol-1 423.5 Jodni broj <7

Sadržaj aktivne supstance, % 80 Sadržaj izopropanola, % 20 Maksimalna vlaga, % 1

Specifična masa na 50°C, gcm-3 0.9 Temperatura paljenja, °C 210 Srednja alkilna raspodela C14 C16 C18

5 30 65

SDBAH predstavlja smešu alkilamonijum soli sa dužinom lanca od 14 do 18

ugljenikovih atoma.

4.5.1.2. Dobijanje organo-zeolita Definisanje parametara dobijanja

Za dobijanje serije uzoraka organo-zeolita i definisanje optimalnih uslova

njihovog dobijanja, korišćen je uzorak Z-2 (Tabela br. 20: frakcija 0.4- 0.8 mm) i rastvori SDBAH različitih koncentracija).

Polazni eksperiment ispitivanja mogućnosti adsorpcije SDBAH na zeolitu rañen

je na sledeći način: zapremini od 100ml pripremljenih rastvora površinski aktivne supstance različitih koncentracija (25, 50, 75, 100, 150, 200, 300 i 400 mmol SDBAH / l) dodavane su mase od 1g zeolita. Vreme kontakta, uz povremeno mešanje, iznosilo je 48h uz pretpostavku da je to vreme dovoljno za postizanje ravnoteže. Nakon toga, suspenzija je profiltrirana i u filtratu je odreñena ravnotežna koncentracija organskog katjona.

Uticaj sadržaja čvrste faze. Ispitivanje uticaja sadržaja čvrste faze u adsorpcionoj smeši rañeno je na sledeći

način: zapremini rastvora SDBAH od 1dm3 koncentracije 100 mmol SDBA+/kg zeolita dodata je masa od 50, 100 i 200g zeolita (sadržaj čvrste faze u suspenziji - 5, 10 i 20%). Suspenzije su mešane pri brzini od 2000 o/min u vremenu od 240min. U odreñenim vremenskim intervalima: 5, 10, 15, 30, 60, 120, 180 i 240min uziman je alikvot suspenzije (20cm3); suspenzija je filtrirana i u filtratu je odreñena ravnotežna koncentracija organskog katjona.

Uticaj brzine i vremena mešanja Ispitivanje uticaja brzine i vremena mešanja rañeno je tako što je pripremljenom

rastvoru SDBAH zapremine 1dm3 i koncentracije 20 mmol SDBA+/dm3 dodato 200g zeolita (sadržaj čvrste faze u suspenziji - 20%). Suspenzija je mešana na laboratorijskoj mešalici pri brzinama od 1000, 2000 i 4000 o/min u vremenu od 240min. Na isti način



kao i pri ispitivanju uticaja sadržaja čvrste faze izdvojan je filtrat i odreñena ravnotežna koncentracija organskog katjona. Izveden je i eksperiment adsorpcije SDBAH na površini zeolita bez mešanja suspenzije. Sadržaj čvrste faze bio je 50% a vreme kontakta iznosilo je 60min.

Zbog usitnjavanja zeolita prilikom mešanja ponovljen je prethodni ogled mešanja pri različitim brzinama u odsustvu površinski aktivne supstance, suspenzija je prosejana na situ veličine otvora 0.4 mm i tako odreñen udeo frakcije manje od 0.4mm nastale usitnjavanjem.

Uticaj temperature Ispitivanje uticaja temperature na formiranje kompleksa organo-zeolita: u 100ml

pripremljenih rastvora koncentracija 50, 75, 100 i 150 mmol SDBAH/dm3 čije su temperature iznosile 25°C i 80°C, dodavana je masa od 100g zeolita (sadržaj čvrste faze 50%) i ista masa zeolita termički tretiranog 2h na temperaturi od 100°C. Na ovaj način formirane su četiri suspenzije:

- hladan zeolit – hladan rastvor (HZ-HR) - hladan zeolit – topao rastvor (HZ-TR) - topao zeolit – hladan rastvor (TZ-HR) - topao zeolit – topao rastvor (TZ-TR)

Nakon 30 minuta mućkanja suspenzije su profiltrirane i u filtratima odreñen sadržaj izmenjenih katjona i ravnotežna koncentracija organskog katjona.

Priprema uzoraka organo-mineralnih adsorbenata

Serija organo-mineralnih adsorbenata na bazi zeolita pripremljena je adsorpcijom SDBAH na pripremljenim uzorcima zeolita različitih frakcija. Adsorpcija organske soli na zeolitu je rañena na sledeći način: pripremljenim rastvorima SDBAH zapremine 0.5dm3, zagrejanih na temperaturi od 80°C, koncentracija 50, 75, 100 i 150 mmol SDBAH/dm3 (50, 75, 100 i 150 mmol SDBAH/kg zeolita), dodavano je 500g zeolita različitih frakcija termički tretiranih na temperaturi od 100°C u trajanju od 2h. Nakon 30 minuta suspenzije su filtrirane, talozi isprani destilovanom vodom i osušeni na temperaturi od 70°C. U filtratu je odreñivana ravnotežna koncentracija SDBA+ i sadržaj izmenjenih katjona. Adsorbovana količina organske komponente odreñena je kao razlika izmeñu količine dodatog SDBAH i količine katjona zaostalog u filtratu nakon adsorpcije. Priprema adsorbenata je prikazana u Tabeli br. 20.



Tabela br. 20. Pripremljeni uzorci organomineralnih adsorbenata na bazi zeolita

Dodato SDBAH,

mmol/kg zeolita

Frakcija zeolita (mm)

0-0.5 0.4-0.8 0.8-3.0 3.0-5.0

0 Z-I Z-II Z-III Z-IV

50 OZ-I-50 OZ-II-50 OZ-III-50 OZ-IV-50 75 OZ-I-75 OZ-II-75 OZ-III-75 OZ-IV-75 100 OZ-I-100 OZ-II-100 OZ-III-100 OZ-IV-100 150 OZ-I-150 OZ-II-150 OZ-III-150 OZ-IV-150

4.5.2. UTICAJ pH I JONSKE JAČINE NA ADSORPCIONU RAVNOTEŽU AMIN/ZEOLIT

Stabilnost površinski modifikovanog zeolita ispitana je tretiranjem uzoraka

rastvorima različitih pH vrednosti i jonskih jačina u prisustvu jednovalentnih i dvovalentnih katjona. Puferski rastvori, dobijeni upotrebom borne kiseline i kalijum hlorida (pH 3) i kalijum hidrogenftalata (pH 10) korišćeni su u cilju simuliranja uslova kisele i bazne sredine. Uslovi sredine velike jonske jačine sa jednovalentnim i dvovalentnim katjonom ostvareni su korišćenjem 1M NaCl i 1M CaCl2.

Uzorci organo-zeolita OZ-II-50, OZ-II-75, OZ-II-100 i OZ-II-150 mase 2.5g dodavani su u 50cm3 različitih reagenasa i uz povremeno mućkanje ostavljani da stoje 24h.

Uzorci čija je stabilnost ispitivana u destilovanoj vodi i rastvorima pufera (pH 3 i pH 10) su filtrirani i u filtratu je odreñivan sadržaj kvaternarnog amonijum jona. Uzorku je zatim dodavana nova količina reagensa i ceo postupak je ponavljan 30 puta. Uzorci tretirani 1M NaCl i 1M CaCl2 su filtrirani, a zatim je dodata ista zapremina reagensa. Nakon sedmog ponovljenog postupka uzorci su isprani destilovanom vodom i osušeni na temperaturi od 70°C, a zatim analizirani metodoma TGA/DTA i IC.

4.5.3. METODE ODREĐIVANJA KARAKTERISTIKA ZEOLITA I ORGANOZEOLITA 4.5.3.1. Odreñivanje hemijskog sastava

Kvantitativna hemijska analiza polaznog uzorka zeolita urañena je na atomskom

apsorpcionom spektrofotometru «Perkin Elmer 703» nakon razaranja uzorka topljenjem.



4.5.3.2. Odreñivanje ukupnog kapaciteta katjonske izmene KKI

Ukupan kapacitet katjonske izmene polaznog uzorka zeolita različitih veličina zrna odreñivan je standardnom metodom jonske izmene sa amonijum hloridom51. Masa uzorka od 1g ostavi se da stoji 24h u 100ml amonijačnog rastvora, na pH 7, uz povremeno mućkanje. Nakon završene jonske izmene, suspenzija se filtrira i u filtratu se odreñuju koncentracije izmenjivih katjona Ca2+, Mg2+, K+ i Na+, koja preračunata na kg uzorka predstavlja ukupni KKI. Koncentracije jona Ca2+ i Mg2+ su odreñivane titracijom sa standardnim rastvorom EDTA. Koncentracije jona Na+ i K+ su odreñivane na plamenom fotometru «Dr Lange Flammen Photometer M&D – Propan».

4.5.3.3. Odreñivanje spoljašnjeg kapaciteta katjonske izmene SKKI

SKKI vrednost polaznog uzorka zeolita različitih veličina zrna odreñivane su metodom Minga i Dixona52, korigovanoj prema radu Bowmana21. Princip metode je sledeći: izvršena je jonska izmena klinoptilolita sa rastvorom natrijum acetata pri pH 5. Nakon višestepenog ispiranja i centrifugiranja dobijeni natrijumski oblik minerala je tretiran rastvorom stearil dimetil benzil amonijum horida. Po metodi Minga i Diksona, za izmenu Na jona koristi se t-butil amonijum bromid. Korišćenjem kvaternarnih amina za izmenu Na+ jona dobijeni su isti rezultati21. Pri tome, do jonske izmene Na+ sa kvaternarnim amonijum jonom dolazi samo na spoljašnjim površinama klinoptilolita. Nakon izmene, u filtratu se odreñuje koncentracija Na+ jona koja predstavlja SKKI vrednost zeolita.

4.5.3.4. Odreñivanje slobodnog amina u rastvoru

Za odreñivanje SDBA katjona koji se nije adsorbovao na površini klinoptilolita korišćena je metoda titracije sa standardizovanim rastvorom Na-lauril sulfata, u prisustvu mešanog indikatora dimidijum bromida i disulfin plavog70. Disulfin plavo gradi kompleks sa kvaternarnim aminom, dok dimidijum bromid gradi kompleks sa anjonima, odnosno sa Na-lauril sulfatom. Pri dodatku indikatora u smešu hloroforma i rastvora kvaternarnog amina, u hloroformskom sloju amini grade kompleks sa disulfin plavim i sloj se boji plavo. U toku titracije Na-lauril sulfat gradi kompleks sa kvaternarnim aminom i plava boja iščezava. Višak Na-lauril sulfata gradi kompleks sa dimidijum bromidom i hloroformski sloj se boji u ljubičasto, što označava kraj reakcije. Oduzimanjem količine slobodnog kvaternarnog amina u rastvoru od dodate količine amina, dobija se vrednost adsorbovanog amina na površini klinoptilolita.

4.5.3.5. Metoda infracrvene spektroskopije

IC analiza uzoraka zeolita i organozeolita je urañena na aparatu "Perkin Elmer

782". Uzorci su pripremani za merenje u obliku KBr pilula, sa 1% uzorka i 99% KBr. Analize su vršene u rasponu talasnih dužina 4000-250 cm-1.



4.5.3.6. Rengenska analiza termički tretiranih uzoraka zeolita i organo-zeolita-Metoda termogravimetrijske i diferencijalno termičke analize (TGA/DTA)

Termičke analize su urañene na aparatu "Netzsch 409EP". Uzorci zeolita i

organo-zeolita su termički tretirani u rasponu temperatura od 20 do 800°C pri brzini zagrevanja od 10°C/min, u atmosferi vazduha. Kao referentni materijal korišćen je Al2O3.

4.5.3.7. Odreñivanje mineralnog sastava polaznog uzorka zeolita-Metoda rendgenske difrakcije (XRPD)

Rendgenska difrakciona analiza polaznog uzorka zeolita je urañena na

difraktometru "Philips PW'1710" sa Cu antikatodom i grafitnim monohromatorom. Uzorak je sniman u intervalu 2θ uglova 4-65°, sa vremenskom konstantom 0.25s i korakom 0.02°.



4.5.4. FILTRACIJA VODE KROZ STUB ADSORBENSA- REZULTATI

4.5.4.1. Hidraulična ispitivanja strujanja kroz poroznu sredinu (Darsijevi koeficijenti filtracije)

Za formiranje filtracione kolone koriščene su četiri frakcije adsorbensa: I 0.2- 2.0; II 2.0-3.0; III 3.0- 5.0; IV 5.0- 7.0 (mm). Menjanjem procentualnog odnosa pojedinih frakcija dobijena su tri adsorbensa obeležena sa Adsorbens I- A I, Adsorbens II- A II Adsorbens III- A III (Tab.18, Grafik 1.).

Korišćenjem standardnih programskih paketa tabelarno su izračunati Darsijevi koeficijenti filtracije K(dm/s), koeficijenti otpora λ(-) i Rejnoldsov broj Re(-).

U tabelama 31– 36, date su su vrednosti podataka za izračunavanje Darsijevog koeficijenta filtracije K, koeficijenta otpora λ i Rejnoldsovog broj Re, uzoraka Česmenske vode, Otpadne vode I i Otpadne vode II koji su sukcesivno propuštane kroz kolonu u kojoj su se naizmenično nalazili Adsorbens I, Adsorbens II, Adsorbens III. Česmenska voda je pre filtriranja uzorkovana iz vodovodne mreže javnog vodosnadbevanja i odgovara Pravilniku o higijenskoj ispravnosti vode za piće (Sl. list SR Jugoslavije br.42/98). Otpadna voda I- OV I je uzorkovana iz kanalizacionog sistema AD „Imlek”-a 16.08.2005 g. a otpadna voda II- OV II je uzorkovana 09.12.2005. godine. Otpadna voda OV I i otpadna voda OV II su uzorkovane u prepumpnom šahtu (Šema 2.). Karakteristike otpadne vode I- OV I i otpadne vode II- OV II se kreću u granicama otpadnih voda uzorkovanih januar/februar 2001 g., jun/jul 2001 g. i decembar 2007 g. prikazanih u Tabelama 9- 16. Analiza uzoraka otpadne vode iz mlekare AD „Imlek” – Beograd je bila opitni poligon data u poglavalju 4.3.3. ne odstupa značajnije od literaturnih podataka. Tako je prosečno BPK 800- 1500 mg/l a maksimum je išao i do 5 000 mg/l. HPK se kretala u okviru 1,5- 2 puta više u odnosu na BPK.

Koeficijenti trenja λ (-) u funkciji Rejnoldsovog broja Re(-) su prikazani na Graficima 2– 4 (AI+ AII+ AIII- CV; OV I; OV II). Padovi pijozemetarske kote I(-) u funkciji Darsijeve brzine v= Q/A (dm/s) pri filtriranju česmenske vode CV kroz krupnozrni filter A I, ravnomerani filter A II i sitnozrni filter A III su prikazani na Graficima 5– 7. Pri izračunavanju vrednosti u tabelama korišćene su sledeće relacije:

∆Π= Πi+1-Πi g= 98.1(cm2/s, dm2/s)

K i = v i/J i νi= tabelarna vrednost 72

Πi- očitano (Slika 11.) ν

d*vRe ei

i =

vi= Q i/A J i= ∆Π i/∆l i

A=1.23 dm2



g2v

l*d

λ 2i

i

ie ∆

∆Π

=

deAI =d15% AI =0.022 dm1, deAI - Adsorbens I deAII =d15% AII =0.016 dm1, deAII - Adsorbens II deAIII =d15% AII =0.0145 dm1, deAIII- Adsorbens III

g (dm/s2) - ubrzanje zemljine teže νi (m

2/s) - kinematski koeficijent viskoznosti

A (dm2) - površina poprečnog preseka kolone4

DA

2Π=

v (dm/s) - Darsijeva brzina kretanja čestica vode

Koeficijent trenja l u funkciji Rejnoldsovog broja- λ=λλ=λλ=λλ=λ(Re)

A I+ A II+ A III - česmenska voda

5

5; 2

20

10

100

1000

10000

1 10 100Rejnoldsov broj (-)

l

Koe

ficije

nt tr

enja

(-)

A 1 A 2 A 3 Re= 5, koef. trenja= 220" Re= 200, koef.trenja= 11,6 Re= 5 Re=200

laminarna zona - važi Darsijev zakon f iltracije v=K I, linearni zakon otpora

prelazna zona

Na osnovu dijagrama može se zaključiti da je strujanje u adsorbensu strujanje u poroznoj sredini i da se pokorava Darsijevoj jednačini v= K I

Re mali- 1. veliki uticaj viskoznosti,2. mali uticaj inercijalnih sila 3. viskoznost gasi turbulenciju

Grafik 2 . Koeficijent trenja λ (−) u funkciji Rejnoldsovog broja Re(−)− A I+ A II+ A III - česmenska voda

∆L1-2= 2.2 dm1 ∆L2-3= 2.2 dm1 ∆L3-4= 2.2 dm1 ∆L4-5= 1.5 dm1

∆L1-5= 8.1 dm1



Koeficijent trenja u funkciji Rejnoldsovog broja- λ=λλ=λλ=λλ=λ(Re)-

A I+ A II+ A III otpadna voda I

55;

220

10

100

1000

10000


λ λ λ λ K

oefic

ijent

tren

ja (-

)

A 1 A 2 A 3 Re= 5, koef. trenja= 220" Re=200, koef.trenja= 11,6 Re=5 Re= 200

laminarna zona - važi Darsijev zakon filtracije v= K I, linearni zakon otpora prelazna zona



Grafik 3 . Koeficijent trenja λ (−) u funkciji Rejnoldsovog broja Re(−) -A I+ A II+ A III otpadna voda I

Koeficijent trenja u funkciji Rejnoldsovog broja- λ=λλ=λλ=λλ=λ(Re)

A I+ A II+ A III- otpadna voda II

5

5; 2

20

10

100

1000

10000


l

Koe

ficije

nt tr

enja

(-)

A 1 A 2 A 3 Re= 5, koef. trenja= 220" Re= 200, koef.trenja= 11,6 Re= 5 Re= 200

laminarna zona - važi Darsijev zakon f iltracije v= K I, linearni zakon otpora

prelazna zona



Grafik 4. Koeficijent trenja λ (−) u funkciji Rejnoldsovog broja Re(−) - A I+ A II+ A III- otpadna voda II

Pri malim brzinama i jakoj viskoznosti (odnosno pri malim Rejnoldsovim brojevima) strujanje je laminarno a raspored brzina je moguće analitički odrediti. Za velike Rejnoldsove brojeve viskoznost je slaba da spreči pojavu turbulencije, pa raspored brzina (kao i hidrodinamičke otpore) nije više moguće odrediti analitički. Analize dodatno komplikuje i činjenica da granica izmeñu dva režima kretanja, laminarnog i turbulentnog, nije precizna već u mnogome zavisi od uslova strujanja.



Kod filtera ispitivanih za potrebe disertacije lamilarna zona tečenja održava se za veće vrednosti Re u odnosu na podatke date literaturom (linearani zakon otpora održava se za vrednosti 5≤ Re)5. Tokom filtracije ispitivanih voda linearni zakon otpora opstaje i pri vrednostima Re> 5. Za česmensku vodu može se usvojiti da linearni zakon otpora opstaje i pri vrednostima 5< Re< 11 (Grafik 2.) . Za otpadne vode O VI i OV II može se usvojiti da linearni zakon opstaje pri vrednostima 5< Re< 10 (Grafik 3. i Grafik 4.)

Za tečenje u cevima u oblasti laminarnog tečenja važi linearna zavisnost koeficijent trenja λ(-) u funkciji Rejnoldsovog broja λ=λ(Re):

( )−=Re

64λ .

Može se zaključiti da je tečenje u ispitivanim adsorbensima (krupnozrni filter A I, ravnomerani filter A II i sitnozrni filter A III) za ispitivane vode (Česmenske vode, Otpadne vode I, Otpadne vode II)- tečenje u kome se zavisnost može predstaviti jednačinom:

( )−=Re

constλ

gde je Rejnoldsov broj (količnik inercijalnih i viskoznih sila) definisan kao

ν

= ed*vRe (-).

Zavisnost Re

constλ = , čiji je grafik na osama sa logaritamskom raspodelom

prava linija, važi sve do pojave turbulencije. U tabelama 21– 23 date su, sa Grafik 2. -4., očitane vrednosti koeficijenta otpora

λ (−) u funkciji Rejnoldsovog broj Re (−), uzoraka Česmenske vode (Tabela br. 21.), Otpadne vode I (Tabela br. 22.) i Otpadne vode II (Tabela br. 23).

Usvojeno je da je koeficijent tranja λ(-) konstantan i da ima vrednosti date tabelama br. 21. – 23. . Tabela br. 21. Koeficijent trenja λ (−) u funkciji Rejnoldsovog broja Re (−)− A I+ A II+ A III - česmenska voda

Re (−) λ (−) const=Re*λ

2 1500 2020 3 1000 3000 4 800 3200 5 600 3000

10 300 3000 usvojeno λ=3000/Re const=3000



Tabel br. 22. Koeficijent trenja λ (−) u funkciji Rejnoldsovog broja Re (-) -A I+ A II+ A III otpadna voda I

Re (−) λ1 (−) λ2 (−) λ3 (−) AI AIIe AIII

const=Re*λ1 const=Re*λ2 const=Re*λ3

2 400 1020 2700 800 2040 5400 3 250 650 1700 750 1950 5700 5 170 300 1020 850 1500 5100

10 500 5000 Usvojeno 800/Re 1800/Re 5000/Re const= 800 const=1800 const=5000

Tabela br. 23. Koeficijent trenja λ (−) u funkciji Rejnoldsovog broja Re (−) - A I+ A II+ A III- otpadna voda II

Re λ1 λ2 λ3 AI AII AIII

const=Re*λ1 const=Re*λ2 const=Re*λ3

2 1000 500 200 1000 3 500 500 2000 1500 1500 6000 5 500 500 1020 2500 2500 5000

10 500 5000 Usvojeno 2000/Re 2000/Re 5000/Re const=2000 const=2000 const=5000

Za krupnozrni filter AI(deAI=0.022dm1) i ravnomerani filter AII (deAII=0.016 dm1), pri firtriranju otpadne vode, može se zaključiti da je

eAIIAI R

2000≅λ≅λ .

Ovo ukazuje da će otpadna voda iz mlekare, zbog povećane viskoznosti, u odnosu na česmensku pitku vodu 1.5 put brže proći kroz kolonu filtra granulometrije d≈ 1.6− 2.2 mm. Kod trećeg filtra, sitnozrni filter A III(deAIII=0.0145 dm1) dolazi do naglog smanjenja vodopropusnosti i povećanja pada energetskog gubitka pri strujanju kroz filter (dolzi do kolmacije). Za sitnozrni filter AIII(deAI=0.0145dm1), pri firtriranju otpadne vode, može se zaključiti da je

eAIII R

5000≅λ .

Parovi vrednosti brzine v (dm/sec) i odgovarajućeg nagiba pijezometarske kote I (-) nanešeni su na dijagrame prikazane na Grafiku 5., Grafiku 6. i Grafiku 7. Na Grafiku 5 je prikazan pad pijozemetarske kote I(-) u funkciji Darsijeve brzine v= Q/A (dm/s) pri filtriranju česmenske vode CV kroz krupnozrni filter A I, ravnomerni filter A II i sitnozrni filter A III. Na Grafiku 6. je prikazan pad pijozemetarske kote I(-) u funkciji Darsijeve brzine v= Q/A (dm/s) pri filtriranju otpadne vode OVI uzorkovane u avgustu 2005 g. kroz krupnozrni filter A I, ravnomerani filter A II i sitnozrni filter A III. Na Grafiku 7. je prikazan pad pijozemetarske kote I(-) u funkciji Darsijeve brzine v= Q/A



(dm/s) pri filtriranju otpadne vode OVII uzorkovane u decembru 2005 g. kroz krupnozrni filter A I, ravnomerani filter A II i sitnozrni filter A III. Zavisnost izmeñu brzine v (dm/sec) i odgovarajućeg nagiba pijezometarske kote I (-) za sve vrste vode i sva tri adosrbensa je linearna (Grafik 5., Grafik 6. i Grafik 7.)

∆∆Π

−== Π s

dm

S*KI*Kv

i

i

gde je:

- ( )−∆∆Π

=Πi

i

sI ; nagib pijezometarske kote Πi

-

s

dmK ; Darsijev koeficijent filtracije

- ∆Πi (dm); razlika izmerenih pijezometarskih kota odgovarajućih preseka pri strujanju vode kroz poroznu sredinu - ∆Si (dm); rastojanje odgovarajućih preseka u kojima se mere pijezometarske kote.

v- I- CV - A I, A II, A III

0.010

0.100

1.000

0.001 0.010 0.100 1.000v= Q/A (dm/s)

I(-

)

A I ČE VO A II ČE VODA A III ČE VODA Linear (A I ČE VO ) Linear (A II ČE VODA) Linear (A III ČE VODA)

Grafik 5. Pad pijozemetarske kote I(-) u funkciji Darsijeve brzine v= Q/A (dm/s) pri filtriranju česmenske vode CV kroz krupnozrni filter A I, ravnomerni filter A II i sitnozrni filter A III



v- I- OV I - A I, A II, A III

0.010

0.100

1.000

0.001 0.010 0.100 1.000v= Q/A (dm/s)

I(-)

A I OV I A II OV I A III OV I AI, AII, AIII Linear (A I OV I) Linear (A II OV I) Linear (A III OV I)

Grafik 6. Pad pijozemetarske kote I(-) u funkciji Darsijeve brzine v= Q/A (dm/s) pri filtriranju otpadne vode OVI uzorkovane u avgustu 2005 g. kroz krupnozrni filter A I, ravnomerni filter A II i sitnozrni filter A III

v- I- OV II - A I, A II, A III

0.010

0.100

1.000

0.001 0.010 0.100 1.000v= Q/A (dm/s)

I(-)

A I OV II A II OV II A III OV II Linear (A I OV II) Linear (A II OV II) Linear (A III OV II)

Grafik 7. Pad pijozemetarske kote I(-) u funkciji Darsijeve brzine v= Q/A (dm/s) pri filtriranju otpadne vode OVII uzorkovane u decembru 2005. kroz krupnozrni filter A I, ravnomerni filter A II i sitnozrni filter A III



4.6. REZULTATI ISPITIVANJA KARAKTERISTIKA MODIFIKOVANIH ZEOLITA

4.6.1. KARAKTERIZACIJA POLAZNOG UZORKA ZEOLITA

Strukturne osobine minerala klinoptilolita omogućavaju modifikaciju površine reakcijama katjonske izmene u cilju dobijanja adsorbenata pogodnih za prečišćavanje voda od zagañivača. Fizičko-hemijske karakteristike polaznog zeolita55, kao dominantne faze u postupku dobijanja organo-zeolita su definisane: hemijskim sastavom, vrstom i sadržajem izmenjivih katjona, ukupnim KKI, spoljašnjim KKI, kao i XRPD, DTA/TG i IC analizom.

Karakteristike modifikovanih zeolita ispitivane su na Institutu za tehnologiju nuklernih i drugih mineralnih sirovina ITNMS- Beograd.

4.6.1.1. Hemijski sastav polaznog uzorka zeolita

Kvantitativnom hemijskom analizom utvrñen je hemijski sastav polaznog uzorka i prikazan u Tabeli 24.

Tabela br. 24. Hemijski sastav polaznog uzorka zeolita

Komponenta SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O G.Ž.

Sadržaj (%) 66.87 13.46 0.98 3.85 0.69 0.37 2.23 11.45

4.6.1.2. XRPD polaznog uzorka zeolita

Rendgenski dijagram praha polaznog uzorka zeolita prikazan je na Grafiku 11. Na apscisi Grafika 11 date su dvostruke vrednosti ugla snimanja 2θ (0) a na ordinati intenzitet rendgenskog zračenja I (cts). Za identifikaciju mineralnog sastava polaznog uzorka zeolita korišćene su JCPDS-kartice56. Mineralne komponente identifikovane na rendgenskom difraktogramu praha označene su na sledeći način: CLI – klinoptilolit, Q – kvarc, F – feldspat, C - karbonat.



Grafik 8. Rendgenski dijagram praha polaznog uzorka zeolita

Sa difraktograma praha (Grafik 8.) može se zaključiti da je kao dominantna faza

prisutan mineral klinoptilolit, dok su kao prateći minerali prisutni kvarc, karbonat i feldspat. Semikvantitativnom rendgenskom analizom u višefaznom uzorku može se pretpostaviti da je mineral klinoptilolit zastupljen sa ≈ 75 do 80%. U Tabeli 25. su prikazane karakteristične refleksije minerala prisutnih u uzorku zeolita. U Tabeli 25. d–vrednost (nm) je rastojanje u rešetki izmeñu atoma.

Tabela br. 25. Karakteristične d–vrednosti (nm) prisutnih minerala u polaznom uzorku

zeolita d–vrednost

Klinoptilolit (nm)

d- vrednost Kvarc (nm)

d–vrednost Feldspat

(nm)

d- vrednost Karbonat

(nm)

0.893 0.911 0.397 0.295 0.334 0.116 0.303

4.6.1.3. Ukupni KKI, vrsta izmenjivih katjona i SKK I vrednost polaznog

uzorka zeolita

Vrsta i sadržaj izmenjivih katjona u polaznom uzorku različitih frakcija zeolita su

prikazani u Tabeli 26. Sa Z-I obeležena je frakcija zolita 0.0- 0.5 mm, sa Z-II obeležena je frakcija zolita 0.4- 0.8 mm, sa Z-III obeležena je frakcija zolita 0.8- 3.0 mm a sa Z-IV obeležena je frakcija zolita 3.0- 5.0 mm. Ukupan kapacitet katjonske izmene dobijen je sabiranjem sadržaja izmenjivih katjona.



Tabela br. 26. Sadržaj izmenjivih katjona, KKI i SKKI vrednosti polaznog uzorka zeolita različitih veličina zrna

Frakcija zeolita

Ca2+ Mg2+ K+ Na+ KKI SKKI mmol M+/kg

Z-I (0.0- 0.5 mm) 1025 115 394 35 1569 78 Z-II (0.4- 0.8 mm) 960 107 370 32 1469 75 Z-III (0.8- 3.0 mm) 850 110 400 30 1390 75 Z-IV (3.0- 5.0 mm) 843 110 389 30 1372 73

U uzorku zeolita dominantan jon u izmenjivom položaju je jon Ca2+, zatim slede

joni K+, Mg2+ i Na+ koji su prisutni u manjim količinama. Iz Tabele 26 se jasno vidi da sadržaj izmenjivih Ca2+ jona, a samim tim i ukupan kapacitet katjonske izmene, opada sa porastom veličine zrna zeolita. Sa porastom veličine zrna smanjuje se specifična površina minerala pri čemu opada i dostupnost izmenjivih katjona na površini i u kanalima minerala klinoptilolita.

SKKI vrednosti zeolita su posebno značajan pokazatelj u eksperimentima adsorpcije koja se odvija samo na spoljašnjoj površini minerala. SKKI vrednosti uzoraka zeolita (Tabela 26) se smanjuju sa porastom veličine zrna, pri čemu je ova razlika uočljivija kod ukupnog kapaciteta katjonske izmene. Naime, SKKI vrednost uzorka zeolita frakcije 3.0- 5.0 mm iznosi 73 mmol M+/kg što je 93% od SKKI vrednosti uzorka zeolita frakcije 0- 5 mm (78 mmol M+ kg), dok je KKI vrednost uzorka zeolita najveće frakcije iznosi oko 83% u odnosu na KKI vrednost zeolita najmanje frakcije.

Rezultati odreñivanja kiselinske stabilnosti su pokazali da je procenat rastvorenog aluminijuma nakon tretiranja rastvorom HCl koncentracije 1 mol/dm3 iznosio 4.64%, a pri koncentraciji od 2 mol/dm3 iznosio je 5.00%. Na osnovu rendgenske analize termički tretiranih uzoraka, utvrñeno je da pri temperaturi od 450ºC struktura klinoptilolita biva narušena82.

4.6.2. ADSORPCIJA SDBAH NA ZEOLITU

Adsorpcija kvaternarnih amonijum jona odvija se na spoljašnjim površinama klinoptilolita, pa je iz tog razloga spoljašnji kapacitet katjonske izmene SKKI relevantan parametar pri odreñivanju količine organske supstance potrebne za površinsku modifikaciju ovog minerala. U polaznom eksperimentu adsorpcije dodavane su količine kvaternarnog amina, kvaternarna amonijumova so stearil-dimetil-benzil-amonium-hlorid (SDBAH), koje daju sledeće odnose SKKI (mmol M+/kg uzorka)/ SDBAH (mmol SDBAH/kg uzorka): 1:0.33, 1:0.67, 1:1, 1:1.33, 1:2, 1:2.67 i 1:4.

Rezultati adsorpcije organskog katjona na uzorku zeolita prikazani su na Grafiku 9.



0; 0

25; 25

50; 45

75; 65

100; 80300; 90

200; 105

150; 105

0

50

100

150

0 25 50 75 100 150 200 300

Poalzna koncentracija SDBAH (mmola/kg)

Ads

orb

ova

na k

olič

ina

SD

BA

H

(mm

ola

/kg

)

Grafik 9. Adsorpcija SDBAH na uzorku zeolita

Na Grafiku 9 se zapaža linearna zavisnost adsorbovane prema dodatoj količini

SDBAH amina do vrednosti dodate količine SDBAH koja je ekvivalentna SKKI vrednosti zeolita. Maksimalna vrednost adsorpcije SDBAH na uzorku iznosi 105 mmol M+/kg i premašuje vrednost spoljašnjeg kapaciteta klinoptilolita. Time su potvrñeni literaturni podaci koji ukazuju da se adsorpcija kvaternarnih amina odvija preko više mehanizama, a ne samo mehanizmom katjonske izmene89.

U daljim eksperimentima radi definisanja optimalnih parametara dobijanja organo-mineralnih adsorbenata SDBAH je dodavan u količinama od 0.67, 1.0, 1.33 i 2 SKKI vrednosti.

Zaklju čak: Preporučuje se odnos količine kvateralnog amina i zeolita 50- 75 mmolM+/kg.

- Uticaj sadržaja čvrste faze u suspenziji

Sadržaj čvrste faze je bitan parametar u postupku dobijanja organo-mineralnog adsorbenta. Sa stanovišta adsorpcije, povećanjem sadržaja čvrste faze povećava se broj kontakata izmeću organskog modifikatora i aktivnih centara na površini klinoptilolita. Sa ekonomskog gledišta značajno se umanjuju troškovi dobijanja organo-mineralnog adsorbenta.

Adsorpcione smeše sa sadržajem čvrste faze od 5, 10 i 20% mešane su na mešalici pri brzini od 2000 o/min u odreñenom vremenu kako bi se pratila kinetika adsorpcije SDBAH na površini klinoptilolita. Vrednosti adsorbovanih količina organskog katjona u zavisnosti od vremena prikazane su na Grafiku 10.a).



0

20

40

60

80

100

120

0 30 60 90 120 150 180 210 240

Vreme (min)

Ko

ličin

a a

dso

rbo

vano

g S

DB

AH

(mm

ola

M+ /k

g u

zork

a)

5% 10% 20%

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

0 10 20 30

Vreme (min)

Brz

ina

adso

rbci

je (

mm

ol M

+ / kg

uzor

ka)

5% 10% 20%

Grafik 10. Zavisnost a) adsorbovane količine organskog katjona od vremena i b) brzina adsorpcije organskog katjona

Derivacijom krivih (na osnovu razlika izmeñu vrednosti adsorpcije u susednim

tačkama) po vremenu dobijeni su podaci o brzini adsorpcije čija je zavisnost od vremena prikazana na Grafiku 10.b). Sa Grafika 10.a) se može videti da je kod suspenzija sa sadržajem čvrste faze 5 i 10% u vremenu od 120 minuta adsorbovan najveći deo dodate količine organskog katjona (91% i 93%). Ekvivalentna količina organskog katjona 95% adsorbovana je kod 20% suspenzije u vremenu od 90 minuta. Na Grafiku 10.b) se može jasno videti da je brzina adsorpcije u prvih 5 minuta mešanja najveća kod 20% suspenzije, pri čemu je adsorbovano blizu 50% polazne količine dodatog organskog katjona. Nakon toga brzina adsorpcije naglo pada i već nakon 30 minuta brzine adsorpcije za sve tri koncentracije suspenzije se izjednačavaju. Brzina adsorpcije proporcionalna je ukupnom broju aktivnih centara na površini klinoptilolita. Učestalost kontakata organskog katjona sa aktivnim centrima na površini minerala je najveća kod



20% suspenzije čime se objašnjava najveća brzina adsorpcije u prvih 5 minuta mešanja. Nakon ovog vremena brzina adsorpcije naglo opada usled smanjenog broja aktivnih centara dostupnih za adsorpciju.

Zaklju čak: Preporučuje se procenat sadržaja čvrste faze zeolita u supsenziji ≈10-20%.

- Uticaj brzine mešanja suspenzije

Povećanjem brzine mešanja dolazi do češćih kontakata izmeñu organskog katjona i aktivnih centara na površini minerala Kod zeolita se aktivni centri koji reaguju sa aminima nalaze na spoljašnjoj površini i dostupniji su za katjonsku izmenu.

Adsorpcija SDBAH na površini zeolita frakcije 0.4- 0.8 mm (koncentracija suspenzije 20%) ispitivana je pri sledećim brzinama mešanja: 1500, 2000, 2500 i 4000 o/min. Radi poreñenja, izveden je i eksperiment adsorpcije bez mešanja adsorpcione smeše. Količina adsorbovanog organskog katjona na površini klinoptilolita u funkciji vremena, pri različitim brzinama mešanja prikazana je na Grafiku 11a. Derivacijom dobijenih krivih po vremenu dobijena je brzina adsorpcije i njena zavisnost od vremena je prikazana na Grafiku 11b.



0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120

Vreme (t)

Ads

orb

ova

na k

olič

ina S

DBAH

(mm

ola

M+/

kg u

zork

a)

Bez mešanja 1 500 o/min 2 000 o/min

2 500 o/min 4 000 o/min

0123456789

10

0 5 10 15 20 25 30

Vreme (min)

Brz

ina

ads

orb

cije

(mm

ol M

+ / kg

min

)

1 500 o/min 2 000 o/min 2 500 o/min 4 000 o/min

Grafik 11. Adsorpcija SDBAH na površini klinoptilolita pri različitim brzinama mešanja

adsorpcione smeše a) količina adsorbovanog amina b) brzina adsorpcije

Sa Grafika 11a se vidi da je organski modifikator adsorbovan u potpunosti nakon 120 minuta mešanja pri brzinama 1500 i 2000 o/min. Sa daljim povećanjem brzine mešanja adsorbcija se smanjuje. Analizom rezultata prikazanih na Grafiku 11b jasno se vidi da je u prvih 5 minuta mešanja adsorpcija organskog katjona najveća pri najvećoj brzini mešanja. Podatak je očekivan obzirom da se povećanjem brzine mešanja povećava i broj sudara organskog katjona sa aktivnim centrima na površini klinoptilolita. Nakon odreñenog vremena brzina adsorpcije naglo opada i može se reći da velike brzine mešanja negativno utiču na dalji tok adsorpcije. Negativan uticaj brzine mešanja potvrñuje i činjenica da je u suspenziji koja nije mešana, adsorbovana približno ista količina organskog katjona (75 mmol M+/kg uzorka) kao i kod suspenzija koje su mešane u istom vremenskom intervalu.

Adsorbciona smeša se usitnjava tokom mešanja. Rezultati ispitivanja uticaja brzine mešanja na usitnjavanje zeolita prikazani su u

Tabeli 27.



Tabela br. 27. Uticaj brzine mešanja na usitnjavanje zeolita

Podaci ukazuju da dolazi do značajnog usitnjavanja zeolita (25%) pri većim

brzinama mešanja adsorpcione smeše. U slučaju primene organomineralnih adsorbenata u prečišćavanju voda, veličina čestica je veoma bitna karakteristika iz razloga što se smanjenjem veličine čestica smanjuje filtraciona sposobnost adsorbenta, a time i mogućnost njegove primene kao prirodnog filtra. Zaklju čak je da mešanje ne doprinosi značajnije brzini adsorbcije a sa druge strane šteti jer dovodi do usitnjavanja zrnaca zeolita.

- Uticaj temperature

Prirodne zeolite karakteriše širok temperaturni opseg gubitka vode prisutne na površini i u kanalima ovog minerala. Proces dehidratacije se naziva još i termička aktivacija jer dolazi do poboljšanja adsorpcionih osobina minerala58. U eksperimentu cilj je bio ispitivanje adsorpcije SDBAH na zeolitu sa čije je površine, termičkim tretiranjem na 100ºC, smanjen sadržaj vlage koji se kod klinoptilolita kreće od 5-15%. Uticaj temperature je ispitan dodavanjem polaznog i termički tretiranog uzorka (100°C) u rastvore kvaternarne amonijumove soli SDBAH čije su temperature iznosile 25 i 80°C. Pripremljene su četiri suspenzije sa različitim koncentracijama SDBAH (50, 75, 100 i 150 mmol M+/kg zeolita): HZ-HR, HZ-TR, TZ-HR i TZ-TR. Nakon 30 minuta kontakta smeše su filtrirane i u filtratima je odreñen sadržaj izmenjenih katjona i ravnotežna koncentracija organskog katjona. Količina adsorbovanog katjona u zavisnosti od dodate količine kvaternarne soli prikazana je na Grafiku 12.

0

20

40

60

80

100

120

50 75 100 150

Koli čina dodatog amina (mmol M+/kg zeolita)

Ads

orb

vana

ko

ličin

a S

DB

AH

(%

)

HZ (250C)- HR (250C) TZ (1000C)- HR (250C)

HZ (250C)- TR (800C) TZ (1000C)- TR (800C)

Grafik 12. Uticaj temparature T na količinu adsorbovanog katjona u zavisnosti od količine dodatog amina

Brzina mešanja (o/min) Pol. uzorak 1500 2500 4000 Udeo sitnije frakcije- manje

od 0.4 mm ( %) 0 16 25 25



Na Grafiku 12. se vidi da je adsorpcija organskog katjona na površini klinoptilolita pri polaznoj koncentraciji amina od 50 mmol M+/kg zeolita potpuna bez obzira na temperaturu suspenzije i termičko tretiranje zeolita. Pri povećanju količine dodate kvaternarne amonijumove soli vidi se pozitivan uticaj temperature na adsorpciju organskog katjona. Pri količini dodatog SDBAH od 75, 100 i 150 mmol M+/kg zeolita uticaj temperature raste u nizu: TZ<TR<TZ+TR. U slučaju dodate količine SDBAH od 75 i 100 mmol/kg zeolita da bi adsorpcija bila potpuna (100%), bilo je dovoljno zagrejati rastvor organske soli. Maksimalna adsorpcija iznosila je 123 mmol M+/kg uzorka i to u slučaju dodate količine od 150 mmol/kg zeolita pri grejanju i uzorka i rastvora. Ova vrednost premašuje vrednost spoljašnjeg kapaciteta katjonske izmene na osnovu čega se može zaključiti da dolazi do takozvane dvoslojne adsorpcije.

Rezultati odreñivanja sadržaja izmenjenih katjona u filtratu prikazani su u Tabeli 28.

Tabela br. 28. Sadržaj izmenjenih katjona u filtratu nakon adsorpcije

organskog katjona

Koli čina dodatog amina (mmol/kg

zeolita)

Sadržaj izmenjenih katjona u filtratu, (mmol M+/kg zeolita)

HZ – HR

TZ - HR

HZ - TR

TZ - TR

50 46 46 46 46 75 46 65 75 75 100 46 63 77 74 150 45 50 57 72

Približno ekvivalentna izmena neorganskih katjona sa organskim SDBA+

katjonom zapaža se u slučaju polazne koncentracije amina od 50 mmol/kg zeolita. U slučaju dodate količine amina od 75, 100 i 150 mmol/kg zeolita (adsorbovano 75, 100 i 123 mmol M+/kg zeolita pri grejanju uzorka i rastvora organske soli) sadržaj izmenjenih katjona iznosio je oko 75, 74 i 72 mmol M+/kg zeolita. Ove vrednosti izmenjenih neorganskih katjona su očekivane jer su ekvivalentne vrednostima spoljašnjeg kapaciteta katjonske izmene. Ovi rezultati potvrñuju da se obrazovanje monosloja na površini minerala klinoptilolita odigrava mehanizmom katjonske izmene.

Zaklju čak: pri koncentracii amina od 50– 75 mmolM+/kg zeolita adorbcija organskog katjona je potpuna na površini zeolita bez obzira na temparaturu supsenzije (naglašava se da je uzorak prvo tretiran na 1000C da bi se smanjio sadržaj vlage jer na taj način dolazi do poboljšanja adsorbcionih osobina zeolita).



- Uticaj veličine zrna na adsorpciju SDBAH

Mogućnost korišćenja mineralnog adsorbenta većih veličina zrna znatno olakšava

i proširuje mogućnost njegove primene pri prečišćavanju voda. Iz tog razloga pripremljeni su uzorci zeolita različitih raspodela veličina zrna i na njima je ispitana adsorpcija SDBAH. Način pripreme uzoraka i njihove oznake pregledno su prikazane u Tabeli 26.

Rezultati adsorpcije organskog katjona na uzorcima zeolita različitih opsega veličina zrna prikazani su na Grafiku 13.

0

20

40

60

80

100

50 75 100 150

Koli čina dodatog amina (mmol M+/kg)

Inde

ks a

dso

rbci

je S

DB

AH

(%)

Z I Z II Z III Z IV

Grafik 13. Adsorpcija SDBAH na uzorcima zeolita različitih frakcija

Rezultati ukazuju da se sa povećanjem veličine zrna smanjuje adsorpcija

organskog katjona na površini klinoptilolita. Ova razlika je posebno uočljiva pri većoj količini dodatog kvaternarnog amina (150 mmol/kg zeolita) gde je indeks adsorpcije SDBAH na uzorku veličine zrna 0- 0.5 mm (Z-I) iznosilo 90% (135 mmol M+/kg uzorka) za razliku od uzorka zeolita sa veličinom zrna 3.0 –5.0 mm (Z-IV), gde je indeks adsorpcije iznosio 57% (86 mmol M+/kg uzorka). Adsorpcija SDBAH je potpuna (100%) na uzorcima Z-I i Z-II pri dodatku SDBAH u količini koja je ≤100 mmol M+/kg zeolita.

Rezultati odreñivanja izmenjenih neorganskih katjona u filtratu prikazani su na Grafiku 17.

Na osnovu rezultata prikazanih na Grafiku 13. i Grafiku 14. jasno se vidi da je jonska izmena izmeñu izmenjivih katjona na zeolitu i kvaternarnog amina ekvivalentna samo u slučaju uzoraka sa veličinom zrna: 0- 0.5 (Z-I) i 0.4 -0.8 mm (Z-II) kada se amin dodaje u količini manjoj ili jednakoj SKKI vrednosti. Takoñe, suma izmenjenih katjona pri različitim količinama dodatog amina ne prelazi ECEC vrednost zeolita.



0

20

40

60

80

100

50 75 100 150

Koli čina dodatog amina (mmol M+/kg)

Izm

enj

eni k

atjo

ni- S

KK

I (%

)

Z I Z II Z III Z IV

Grafik 14. Izmenjeni neorganski katjoni pri adsorpciji SDBAH na zeolitu

Kod uzoraka sa raspodelama veličine zrna 0.8-3.0 (Z-III) i 3.0-5.0 mm (Z-IV)

izmena sa organskim katjonom nije ekvivalentna. Iako je vrednost adsorbovanog SDBAH jednaka ili veća od SKKI vrednosti zeolita, sadržaj izmenjenih katjona u filtratu je značajno manji u odnosu na uzorke zeolita sa manjom raspodelom veličine zrna. Rezultati ukazuju da se sa povećanjem veličine zrna smanjuje dostupnost izmenjivih katjona za reakciju jonske izmene sa organskim katjonom.

Zaklju čak: rezultat ukazuje da veća zrna imaju manju adosrbciju organskog katjona (SDBAH) na površini zeolita što se ne reflektuje drastičnije kod veličine dodatog amina od 50- 75 mmolM+/k.

Analizom svih parametara koji utiču na formiranje organo-zolita došlo se do zaključka da je najbolji tretman formiranja organozeolita, za potrebe izrade alumino filtera, za prečiščavanje otpadnih voda dobija za:

• odnos količine kvateralnog amina i zeolita 50- 75 mmolM+/kg, • sadržaj čvrste faze zeolita u supsenziji 20% (10 %), • uticaj temparature- pri koncentracii amina od 50– 75 mmolM+/kg zeolita

adsorbcija organskog katjona je potpuna na površini zeolita bez obzira na temparaturu supsenzije (naglašava se da je uzorak prvo tretiran na 1000C da bi se smanjio sadržaj vlage jer na taj način dolazi do poboljšanja adsorbcionih osobina zeolita),

• uticaj veličine zrna na adsorbciju- rezultat ukazuje da veća zrna imaju manju adosrbciju organskog katjona (SDBAH) na površini zeolita što se ne reflektuje drastičnije kod veličine dodatog amina od 50- 75 mmolM+/k,.

• uticaj brzine mešanja- nema značajnijeg uticaja a šteti zbog usitnjavanja uzorka.



4.7. REZULTATI TRETMANA VODE KROZ AKTIVNI FILTER OGRANOZEOLITA U tabeli 29. su prikazani rezultati tretmana vode kroz aktivni filter ogranozeolita otpadne vode uzorkovane u decembru 2005 (obeležene kao OV II). Sa MDK, u tabeli 29. označeno sa (1), su obeležene maksimalno dozvoljene koncentracije parametara pH [-], HPK [mg O2/l], NH4

+-N [mg/l], NO3--N [mg/l], PO4

3- [mg/l] (Pravilnik o tehničkim i sanitarnim uslovima za upuštanje otpadnih voda u gradsku kanalizaciju grada Beograda - Sl. list grada Beograda, 1986.). Sa OVsirova, u tabeli 29. označeno sa (2), je obeležena nefiltrirana voda. Sa OVkz, u tabeli 29. označeno sa (3), je obeležena voda filtrirana u koloni sa krupnozrnim filterom AI (Tabela br. 18.1., Grafik 1.1., Grafik 1.4.). Sa OVra, u tabeli 29. označeno sa (4), je obeležena voda filtrirana u koloni sa ravnomernim filterom A II (Tabela br. 18.2., Grafik 1.2., Grafik 1.4.). Sa OVsz, u tabeli 29. označeno sa (5), je obeležena voda filtrirane u koloni sa sitnozrnim filterom A III (Tabela br. 18.3., Grafik 1.3., Grafik 1.4.).

Tabela 29. Rezultati tretmana vode kroz aktivni filter ogranozeolita otpadne vode uzorkovane u decembru 2005 (obeležene kao OV II)

UZORAK

pH HPK NH4+-

N NO3

--N PO4

3-

[-] [mg O2/l] [mg/l] [mg/l] [mg/l]

1 MDK 6- 9.5 450 15 30 10

2 OVsirova ne filtrirana voda

4.3 2676 5.9 15.7 19.1

3 OVkz

vode filtrirane u koloni sa krupnozrnim filterom A I

ekvivalentni prečnik zrna deAI =d15% AI = 2.2 mm1=

0.022 dm1 4.4 1885 5.5 7.9 17.9

4 OVra

vode filtrirane u koloni sa ravnomernim filterom A II ekvivalentni prečnik zrna deAII=d15% AII = 1.6 mm1=

0.016 dm1 4.3 1494 5.1 6.8 17.4

5 OVsz

vode filtrirane u koloni sa sitnozrnim filterom A III

ekvivalentni prečnik zrna deAIII=d15% AIII =1.45 mm1=

0.0145 dm1 4.3 1277 6.4 4.8 15.4



Vrednosti NO3--N [mg/l] otpadne vode OV II posle tretmana kroz krupnozrni,

ravnomerni i sitnozrni aktivni filter organozolita prikazani su na grafiku 15. Vrednosti PO4

3- [mg/l] otpadne vode OV II posle tretmana kroz krupnozrni, ravnomerni i sitnozrni aktivni filter organozolita prikazani su na grafiku 16.

Vrednosti HPK [mg O2/l] otpadne vode OV II posle tretmana kroz krupnozrni, ravnomerni i sitnozrni aktivni filter organozolita prikazani su na grafiku 17.

Vrednosti NH4+-N [mg/l] otpadne vode OV II posle tretmana kroz krupnozrni,

ravnomerni i sitnozrni aktivni filter organozolita prikazani su na grafiku 18.

NO3--N [mg/l]

7.96.8

4.8

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

3 4 5

UZORCI

NO

3--N

(m

g/l)

NO3--N [mg/l]

Grafik 15. Vrednosti NO3--N [mg/l] otpadne vode OV II posle tretmana kroz

krupnozrni (3) ravnomerni (4) i sitnozrni (5) aktivni filter organozolita

PO43- [mg/l]

17.917.4

15.4

14.0

15.0

16.0

17.0

18.0

19.0

3 4 5

UZORCI

PO

43- (

mg/

l)

PO43- [mg/l]

Grafik 16. Vrednosti PO43- [mg/l] otpadne vode OV II posle tretmana kroz

krupnozrni (3) ravnomerni (4) i sitnozrni (5) aktivni filter organozolita



HPK [mg O2/l]

1885

14941277

0

500

1000

1500

2000

3 4 5

UZORCI

HP

K (

mg/

l)

HPK [mg O2/l]

Grafik 17. Vrednosti HPK[mg O2/l] otpadne vode OV II posle tretmana kroz krupnozrni (3) ravnomerni (4) i sitnozrni (5) aktivni filter organozolita

NH4+-N [mg/l]

5.55.1

6.4

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

3 4 5

UZORCI

NH

4+-N

(m

g/l)

NH4+-N [mg/l]

Grafik 18. Vrednosti NH4

+-N [mg/l] otpadne vode OV II posle tretmana kroz krupnozrni (3) ravnomerni (4) i sitnozrni (5) aktivni filter organozolita

Iako se radi o monoslojnoj adsorpciji verovatno je došlo do privlačenja micele

organskog molekula od strane zeolita na kojoj je anjonski deo dostupan za dalju izmenu.

Koncentracija NO3- u uzorkovanoj, ne filtriranoj OV II vodi, je bila 15.7 mg/l,

posle filtracije kroz krupnozrni filter organozolita iznosila je 7.9 mg/l, posle filtracije



kroz ravnomerni filter organozolita iznosila je 6.8 mg/l a posle filtracije kroz sitnozrni filter organozolita iznosila je 4.8 mg/l. Izraženo u procentima, efikasnost adsorpcije NO3

-

jona se kretala od, približno, 50% pri propuštanju OV II kroz krupnozrni filter organozolita, preko 56.7% pri propuštanju OV II kroz ravnomerni filter do približno 70 % pri propuštanju OV II kroz sitnozrni filter organozolita.

Koncentracija PO43- u uzorkovanoj, ne filtriranoj OV II vodi, je bila 19.1 mg/l,

posle filtracije kroz krupnozrni filter organozolita iznosila je 17.9 mg/l, posle filtracije kroz ravnomerni filter organozolita iznosila je 17.4 mg/l a posle filtracije kroz sitnozrni filter organozolita iznosila je 15.4 mg/l. Izraženo u procentima, efikasnost adsorpcije PO4

3- jona se kretala od 6.3% pri propuštanju OV II kroz krupnozrni filter organozolita, preko skoro 10% pri propuštanju OV II kroz ravnomerni filter do približno 20% pri propuštanju OV II kroz sitnozrni filter organozolita.

HPK u uzorkovanoj, ne filtriranoj OV II vodi, iznosila je 2 676 mg O2/l, posle filtracije kroz krupnozrni filter organozolita iznosila je 1 885 mg O2/l, posle filtracije kroz ravnomerni filter organozolita iznosila je 1 494 mg O2/l a posle filtracije kroz sitnozrni filter organozolita iznosila je 1277 mg O2/l. Izraženo u procentima, efikasnost adsorpcije organske materije prikazane preko HPK kretala se od, približno, 30 % pri propuštanju OV II kroz krupnozrni filter organozolita, preko 44 % pri propuštanju OV II kroz ravnomerni filter do preko 50 % pri propuštanju OV II kroz sitnozrni filter organozolita.

Koncentracija NH4+ jona u uzorkovanoj, ne filtriranoj OV II vodi, je bila 5.9 mg/l,

posle filtracije kroz krupnozrni filter organozolita smanjena je na 5.5 mg/l, posle filtracije kroz ravnomerni filter organozolita iznosila je 5.1 mg/l a posle filtracije kroz sitnozrni filter organozolita registrovano je povećanje na 6.4 mg/l. Izraženo u procentima, efikasnost adsorpcije NH4

+ jona iznosila je približno 6 % pri propuštanju OV II kroz krupnozrni filter organozolita, 13.6 % pri propuštanju OV II kroz ravnomerni filter a pri propuštanju OV II kroz sitnozrni filter organozolita izmereno je povećanje HPK za 8.5 %. Merena je vrednost pH pri tretmanu vode kroz aktivni filter ogranozeolita. Nije uočena bitna promena pH. Efikasnost adsorpcije anjona NO3

- (od maksimalno 70%) i niža efikasnost adsorpcije anjona PO4

3- od približno 20% (pri propuštanju OV II kroz sitnozrni filter organozolita) se objašnjava time što je adsorpcijom površinski aktivnih supstanci delimično neutralizovano negativno naelektrisanje spoljne površine minerala zeolita čime je povećana sposobnost adsorpcije anjona organominerala.

Smanjnje HPK od približno 50% pri propuštanju OV II kroz sitnozrni filter organozolita se objašnjava time što adsorbent, organomineral poseduje pored adsorbcije anjona i sposobnost simultane adsorpcije nekih jonskih i organskih kontaminanta. Efikasnost adsorpcije NH4

+ jona od približno 6% pri propuštanju OV II kroz krupnozrni filter organozolita, 13.6% pri propuštanju OV II kroz ravnomerni filter i povećanje koncentracije HPK za 8.5% pri propuštanju OV II kroz sitnozrni filter organozolita je uzrokovano neutralizacijom negativnog naelektrisanja spoljne površine minerala zeolita. Adsorpciona sposobnost organo zeolita prema NH4

+ jonima je mnogo manja od adsorbcione sposobnosti prirodnih zeolita jer je negativno naelektrisanje prirodnih zeolita iskorišćeno za vezivanje SDBAH u procesu formiranja organozeolita.



Sa aspekta dimenzionisanja površine filtera bitan je hidraulički gubitak na tečenju kroz njega. Na osnovu dobijenih rezultata može se zaključiti da bi za ravnomerni adsorbens AII i sitnozrni AIII važi zakonitost za vodu iz mlekarske industrije. Za krupnozrni filter AI(deAI=0.022dm1) i ravnomerani filter AII(deAII=0.016 dm1) može se zaključiti da je

eAIIAI R

2000≅λ≅λ .

Kod trećeg filtra, sitnozrni filter AIII(deAIII=0.0145 dm1) dolazi do naglog smanjenja vodopropusnosti i povećanja pada energetskog gubitka pri strujanju kroz filter (dolzi do kolmacije), može se zaključiti da je

eIII R

5000≅λ .

Kod filtracije Rejnoldsov broj računamo preko fiktivne brzine AQ

v = (m/s) i

prečnika zrna de (dm1), odnosno ν

= e*De

dvR .

Shodno tome (e

AIIAI R

2000≅λ≅λ , e

III R

2000λ ≅ ,

ν= e*D dv

Re ) pad pijezometarske

kote IΠ pri filtriranju vode kroz Adsorbens I (A I, deAI =0.022 dm1), Adsorbens II (A II, deAII =0.016 dm1) i Adsorbens III (A III, deAIII=0.0145 dm1) je:

g2

v

d

1**2000

g2

v

d

1

v*d

*2000

g2

v

d

1*II d

2e

2d

ede

2d

e

III ν=ν=λ== ΠΠ

g2

v

d

1**5000

g2

v

d

1

v*d

*5000

g2

v

d

1*I d

2e

2d

ede

2d

e

III ν=ν=λ=Π

Vrednosti pada pijezometarske kote IΠ za

s

m10*01.1νC20t

26−=→≈ o , ,

A

Qv = A= 1m2,

2m1

Q

A

Qq == je:

q*06.211*g2

Q22.413

g2

v

0022.0

1002.0I

2d

2I ===Π

q*82.391*g2

Q25.781

g2

v

0016.0

1002.0I

2d

2II ===Π

q*21.1211*g2

Q12.2378

g2

v

00146.0

1005.0I

2d

2III ===Π



Pad pijezometarske kote, hidraulički gubitak IΠ u funkciji proticaja otpadne vode po m2 krupnozrnog filtera A I (deAI =0.022 dm1) IΠ

I, ravnomernog filtera A II (deAII

=0.016 dm1) IΠII i sitnozrnog filtera A III (deAIII=0.0145 dm1) IΠ

III prikazani su u Tabeli 30 i na Grafiku 19.

Tabela br. 30 Pad pijezometarske kote, hidraulički gubitak IΠ, u funkciji proticaja otpadne vode po m2 filtera AI, AII, AIII

q IΠ

I=21.06*q IΠII=39.82*q IΠ

III=121.21*q

l/s/m2/1 / / /

0 0,00 0,00 0,00 1 0,02 0,04 0,12 2 0,04 0,08 0,24 3 0,06 0,12 0,36 4 0,08 0,16 0,48 5 0,11 0,20 0,61

6 0,13 0,24 0,73 7 0,15 0,28 0,85 8 0,17 0,32 0,97 9 0,19 0,36 1,09

10 0,21 0,40 1,21 11 0,23 0,44 1,33 12 0,25 0,48 1,45 13 0,27 0,52 1,58 14 0,29 0,56 1,70 15 0,32 0,60 1,82 16 0,34 0,64 1,94 17 0,36 0,68 2,06 18 0,38 0,72 2,18 19 0,40 0,76 2,30 20 0,42 0,80 2,42



Pad pijezometarske kote, hidrauli čki gubitak I Π Π Π Π u funkciji proticaja otpadne vode po m 2 filtera AI, AII, AIII

0

1

2

3

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

q(l/s/m 2/1)- proticaj otpadne vode po m 2 filtera

I ΠΠ ΠΠ(m

/m1 )-

pad

pije

zom

etar

ske

kote

, hid

raul

ički

gubi

tak

AI A II A III

Grafik 19. Pad pijezometarske kote, hidraulički gubitak IΠ, u funkciji proticaja

otpadne vode po m2 filtera AI, AII, AIII

Filtriranjem otpadne vode kroz krupnozrni filter AI(deAI =0.022 dm1), ravnomerni filter AII(d eAII =0.016 dm1) i sitnozrni filter AIII(deAIII=0.0145 dm1) HPK je pri ptoticanju kroz jedan dužni metar filter (m1) smanjena:

filtriranjem kroz krupnozrni filter AI(deAI =0.022 dm1)

1

222

AI ml

mgO

988m8.0

lmgO

1885l

mgO2676

HPK =−

=∆

filtriranjem kroz ravnomerani filter AII(deAII =0.016 dm1),

1

222

AII ml

mgO

1480m8.0

lmgO

1494l

mgO2676

HPK =−

=∆

filtriranjem kroz sitnozrni filter A III(deAIII=0.0145 dm1),

1

22

AIII ml

mgO

1750m8.0

1277l

mgO2676

HPK =−

=∆



Efekti dužine krupnozrnog filtera A I (deAI =0.022 dm1) ∆HPK AI, ravnomernog filtera A I(deAII =0.016 dm1) ∆HPK AII i sitnozrnog filtera AIII(deAIII=0.0145 dm1) ∆HPK AIII na smanjenje HPK (mgO2/lH2O ) prikazani su u Tabeli 31 i na Grafiku 20.

Tabela br. 31 Efekti dužine krupnozrnog filtera A I (deAI =0.022 dm1), ravnomernog filtera A II (deAII =0.016 dm1) i sitnozrnog filtera A III (deAIII=0.0145 dm1) na smanjenje

HPK

LFILTRA ∆HPK AI=988*q ∆HPK AII=1480*q ∆HPK AIII=1750*q

m1 mgO2/lH2O mgO2/lH2O mgO2/lH2O

0 0 0 0 1 988 1480 1750 2 1976 2960 3500 3 2964 4440 5250 4 3952 5920 7000 5 4940 7400 8750

0

2000

4000

6000

8000

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0

L filtra (m1)- dužina filtra

∆∆ ∆∆ H

PK

(m

gO2/

l vod

e)

Smanjenje HPK pri proticaju otpadne vode kroz AI Smanjenje HPK pri proticaju otpadne vode kroz AII

Smanjenje HPK pri proticaju otpadne vode kroz AIII

Efekat dužine filtera L filtrea na smanjenje HPK AI, AII, AIII

Grafik 20. Efekti dužine krupnozrnog filtera A I (deAI =0.022 dm1), ravnomernog filtera A II (deAII =0.016 dm1) i sitnozrnog filtera A III (deAIII=0.0145 dm1) na smanjenje HPK

Filtriranjem otpadne vode kroz kroz ispitivane filtere AI, AII i AIII da bi se početna vrednost uzorkovane, ispitivane, otpadne vode HPK= 2676 (mg O2/l) smanjila na



Maksimalno dozvoljenu koncentraciju MDK= 450 (mg O2/l) potrebna je sledeća dužina filtra: za krupnozrni filter AI(deAI =0.022 dm1),

1

1

2

22

AIFILT m25.2

ml

mgO

988

l

mgO450

l

mgO2676

L =−

=

za ravnomerni filter AII(deAII =0.016 dm1)

1

1

2

22

AIIFILT m50.1

ml

mgO

1480

lmgO

450l

mgO2676

L =−

=

i za sitnozrni filter AIII(deAIII=0.0145 dm1)

1

1

2

22

AIIIFILT m27.1

ml

mgO

1750

lmgO

450l

mgO2676

L =−

= .



4.8. TRETMAN VODE PLAZMA REAKTOROM NA BAZI DIJELEKTRI ČNOG BARIJERNOG PRAŽNJENJA (DBP) ORIGINALNE KONSTRUKCIJE, DOBIJENI REZULTATI 4.8.1. PREDTRETMAN I TRETMAN OTPADNIH VODA MLEKARE PLAZMA REAKTOROM NA BAZI DIJELEKTRI ČNOG BARIJERNOG PRAŽNJENJA (DBP) ORIGINALNE KONSTRUKCIJE 4.8.1.1. Predtretman otpadne vode mlekare za potrebe tretmana vode plazma reaktorom na bazi Dijelektricnog barijernog pražnjenja (DBP) originalne konstrukcije Smisao predtretmana je sledeći: preliminarna merenja rezultata tretmana otpadne

vode mlekare plazma reaktorom na bazi Dijelektričnog barijernog pražnjenja (DBP) originalne konstrukcije su pokazala da se na tretiranom uzorku vode nemogu primetiti značajnije promene posle propuštanja vode kroz reaktor. Razlog za to je relativno mala snaga ureñaja (<10W) i veoma velike količine organskog zagañenja (> 2 000 mg/l). Zbog toga su uzorci vode pre propuštanja kroz reaktor tretirani komercijlno dostupnim koagulantima i flokulantima (koagulant P3- Ferrolin 8661 i flokulant P3- Ferroryl 8721- Henkel). Oni se inače koriste u tretmanu otpadnih voda. Tretiranjem vode pre propuštanja kroz plazma reaktor na bazi Dijelektričnog barijernog pražnjenja (DBP) koagulantima i flokulantima postignut je potreban kvalitet vode (pH= 6- 7, HPK≤2000 mg O2/l). pH vrednost uzoraka vode je podešena procesom neutralizacije na vrednosti izmeñu 6 i 7. To je pH vrednost koja se može očekivati kod uzorka vode iz mlekare osrednjen u toku 24 sata, odnosno pH vrednost koja se može očekivati imajući u vidu da se u toku 24 sata koristi za pranje procesne opreme mlekare ista količina baza i kiselina.

Za potrebe propuštanja otpadnih voda kroz plazma reaktor na bazi Dijelektričnog barijernog pražnjenja (DBP) iz kanalizacionog sistema mlekare uzorkovnana je otpadna vode P u januaru 2008.

4.8.1.2. Tretman otpadne vode mlekare plazma reaktorom na bazi Dijelektricnog barijernog pražnjenja (DBP) original ne konstrukcije

Na osnovu prethodnih ispitivanja zaključeno je da je neophodno da se otpadna voda mlekarske industrije pre tretmana kroz plazma reaktor na bazi Dijelektričnog barijernog pražnjenja (DBP) obradi u procesu predtretmana. Predtretman vode se sastojao od neutralizacije, koagulacije i flokulacije. Otpadna vode P je posle predtretmana a pre propuštanja kroz plazma reaktor na bazi Dijelektričnog barijernog pražnjenja (DBP) imala vrednost pH=cca 6- 7 i HPK=≤ 2000 mg O2/l.

Otpadna voda je propuštana kroz plazma reaktor na bazi Dijelektričnog barijernog pražnjenja DBP. Koncentracija rastvorenog ozona je posle ozonizacije visoka pa u toku



stajanja tretiranog uzorka otpadne vode postoji mogućnost daljeg reagovanja ozona sa organskim i neorganskim jedinjenjima prisutnim u uzorku. Zbog ovoga je praćena promena parametara HPK, BPK, ukupni ugljenik i suspedovane materije u vremenskom periodu od 2 do 3 dana.

Otpadna voda P uzorkovana je u prepumpnom šahtu (Šema 2., Slika br.6). Karakteristike otpadne voda P se kreću u granicama u kojima se kreću karakteristike otpadnih voda uzorkovanih januar/februar 2001g., jun/jul 2001 g. i decembar 2007 g. prikazanih u Tabelama 9- 18. Vrednost parametara COD/ HPK, BOD/BPK5, NO3--

N;/nitrate, TOC/ ukupan organski C, TSS/ ukupne suspendovane materije, otpadne voda P su date u Tabelama 40, 41 i 42.

Urañen je je eksperiment propuštanja otpadne vode P kroz elektrodni sistem DBP-a.

Otpadna voda P je posle predtretmana, kojim je doveden kvalitet vode na vrednosti pH= cca 6- 7 i maksimalna koncentracija HPKmax= 2 000 mg O2/l, propuštena kroz plazma reaktor na bazi Dijelektričnog barijernog pražnjenja (DBP) jedanput, dvaput i triput. Propuštene vode su obeležene sa P I (voda P koja je posle predtretmana, kroz jonizator propuštena jedanput), P II (voda P koja je, posle predtretmana, kroz jonizator propuštena dva puta) i P III (voda P koja je, posle predtretmana, kroz jonizator propuštena tri puta).

HPK Otpadne vode P je iznosila neposredno po uzorkvanju (sirova otpadna voda) 6050 mg O2/l, posle predtretmana koagulacijom i flokulacijom je iznosila 1600 mg O2/l. Otpadna voda P je propuštana kroz plazma reaktor na bazi Dijelektričnog barijernog pražnjenja (DBP) u jednom, dva i tri navrata. HPK otpadnih voda P I (I prolaz kroz plazma reaktor na bazi Dijelektričnog barijernog pražnjenja (DBP)), P II (II prolaza koz plazma reaktor na bazi Dijelektričnog barijernog pražnjenja (DBP)) i P III (III prolaza koz plazma reaktor na bazi Dijelektričnog barijernog pražnjenja (DBP)) izmerena neposredno posle direktne ozonizacije je iznosila HPK P I= 1600, HPK P II= 1450 i HPK P

III= 695 (mg O2/l). Uočljivo je smanjenje vrednosti HPK sa povečanjem broja prolazaka ispitivane vode kroz plazma reaktor na bazi Dijelektričnog barijernog pražnjenja (DBP). Najmanja izmerena vrednost HPK (mg O2/l) pri ispitivanju voda PI, PII, PIII označena je kao Minimalna izmerena vrednost HPK- HPKmin P I, HPK min P II i HPKmin P III. Minimalne izmerena vrednost HPK voda PI, PII i P III iznosila je HPKmin P I= 595, HPK min P II= 310 i HPKmin P III= 610 mg O2/l.

Tabela br. 32 Efekti predtretmana (neutralizacija, koagulacija, flokulacija) i

tretmana DBD rekatorom (I prolaz, II prolaza, III prolaza) otpadne vode P

TRETMAN

Uzorkovana, sirova, otpadna voda P

Predtretman (neutralizacija,

koagulacija, flokulacija)

Tretman DBD

rekatorom I prolaz- voda PI

Tretman DBD

rekatorom II prolaza- voda PII

Tretman DBD

rekatorom III prolaza- voda PIII MDK*

HPK [mg O2/l]

6050 1600- 2000 1600 1450 695 450



Uočljivo je da su Minimalne izmerena vrednost HPK- HPKmin P I, HPK min P II i HPKmin P III relativno bliske.

Smanjenje vrednosti HPK sa povećanjem broja prolazaka ispitivane vode kroz plazma reaktor na bazi Dijelektričnog barijernog pražnjenja (DBP) i bliskost Minimalno izmerenih vrednost HPK- HPKmin P I, HPK min P II i HPKmin P III upućuje na zaključak da je u vremenskom periodu posle tretamna došlo da niza oscilatronih reakcija pa je zbog toga došlo do fluktacije HPK vrednosti izmeñu početne i minimalne uočene HPK vrednosi. Slično je već uočeno pri tretmanu fenola u dunavskoj vodi65. Ovo se vidi na Grafiku 21. Dobri rezultati dobijeni ispitivanjem uzorka vode P opravdavaju upotrebu naprednih oksidacionih metoda kombinovanih sa klasičnim tehnikama (koagulacija, flokulacija, neutralizacija).

Maksimalno dozvoljene vrednosti (MDK) HPK prema Pravilniku o tehničkim i

sanitarnim uslovima za upuštanje otpadnih voda u gradsku kanalizaciju grada Beograda (Sl. list grada Beograda, 1986.) je HPK MDK= 450 mg O2/l. Sa tri propuštanja vode kroz DBP postrojenje uz prethodni predtretman neutralizacijom, koagulacijom i flokulacijom, kvalitet vode (iskazan preko HPK) je od početnih 6050 mg O2/l (što je 13 puta više od MDK) popravljen na 695 mg O2/l, što je veoma blisko MDK vrednosti.

U merenjima na uzorcima vode PI, PII, PII, utvrñeno je da početna vrednsot HPK

zavisi od toga koliko je puta voda tretirana u plazma reaktoru i da se ona u toku vremena značajno menja. Uzrok su, najverovatnije, oscilatrone reakcije u jako komplikovanom vodenom rastvoru organskih supstanci prisutnih u otpadnoj vodi mlekare i produkata nastalih u hemijskim reakcijama iniciranih u plazma reaktoru. Zbog toga se, sasvim logično nametnula potreba za praćenjem osnovnih parametara vode u dužem vremenskom periodu posle tretmana u DBP reaktoru. Na osnovu ovih meranja može se na primer, utvrditi trenutak kada HPK dostiže minimalnu vrednost.

Za merenja posle tretmana rektororm DBP su odabrani uzorci otpadne vode sa oznakma PI, PII, PIII. Vode propuštene kroz plazma reaktor su obeležene sa:

- P I (voda P koja je posle predtretmana, kroz jonizator propuštena jedanput),

- P II (voda P koja je, posle predtretmana kroz jonizator propuštena dva puta)

- P III (voda P koja je, posle predtretmana kroz jonizator propuštena tri puta).



4.8.2. REZULTATI TRETMANA VODE PLAZMA REAKTOROM NA BAZI DIELEKTRI ČNOG BARIJERNOG PRAŽNJENJA (DBP) ORIGINALNE KONSTRUKCIJE Vremenska zavisnost osnovnih parametara otpadne vode HPK/COD (mg O2/l),

biološke potrošnje kisonika BPK/BOD (mg O2/l), ukupnog organskog ugljenika TOC (mg/l), ukupne suspendovane materije TSS/ Ukupne suspendovane materije (mg/l), su dati tabelarno (Tabela 40, 41 i 42 za vode PI, PII i PIII) i grafički (Grafik 21.).

Na Grafiku 21 za osrednjene vrednosti HPK voda PI, PII, PIII vreme t=0 (sati) označava trenutak ispuštanja iz plazma reaktora na bazi Dijelektričnog barijernog pražnjenja (DBP) tretirane vode odnosno trenutak uzorkovanja vode posle ozonizacije. Trenutak uzorkovanja vode posle ozonizacije označen je kao nultno vreme za tretirani uzorak. Promene parametara vode u tabelama 40, 41 i 42 za vode I P, II P, III P prikazane su u ovoj disertaciji u zavisnosti od proteklog vremena od trenutka uzorkovanja vode posle ozonizacije izraženo u satima ili minutima. Vrednosti HPK sirove, netretirane vode prikazane su na Grafiku 21. za t= - 5 (sati).

Koncentracija rastvorenog ozona u vodi neposredno posle ozonizacije je visoka što omogućava dalje dejstvo ozona sa organskim i neorganskim jedinjenjima prisutnim u uzorku. Zbog toga je sistematski praćeno HPK, BPK, ukupni ugljenik i ukupne suspendovane materije.

Osrednjene vrednosti HPK voda PI, PII, PIII su prikazani na Grafiku 21.

Zavisnost HPK (mg/l) od protoka vremena ( čas) posle tretmana DBD-ozonizatoram otpadnih voda PI, P II i PIII

1450

920

1533

1630

1150

690

800

1315

310

1407

1155

715

1600

2020

1679

1267

1600

610695

1583

1800

1105

595

725

16001600

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

-5.00 5.00 15.00 25.00 35.00 45.00

Vreme (čas)

HP

K (

mg/

l)

Voda P II Voda P III Voda P I

Grafik 21. Zavisnost vrednosti HPK od proteklog vremena posle tretmana otpadnih voda mlekare

(vode PI, PII, PIII,) plazma reaktorom na bazi Dijelektričnog barijernog pražnjenja (DBP)- I, II i III prolaza koz reaktor, mereno 08-10 januar 2008



Na osnovu vremenske zavisnosti HPK vrednosti uzorka vode PI, P II, P III datih

na Grafiku 21 i Tabelama 40- 42 može se uočiti da posle jednog tretmana (prolaska otpadne vode P kroz elektrodni sisitem DBP reaktora) HPK vrednost vode je ostala skoro ista (≈1 600- 1 800 mg O2/l), posle drugog tretmana pala je na 1 450 mg O2/l, dok je posle trećeg tretmana pala na 700 mg O2/l. Vrednost HPK posle trećeg tretmana (HPK= 700 mg O2/l) je 9 puta manja od početne vrednosti i relativno blizu MDK vrednosti (MDK HPK= 450 mg O2/l) pa se može smatrati izvrsnim preliminarnim rezultatom kombinovane tehnike tretmana otpadne vode iz mlekarske industrije (neutralizacija, koagulacija, flokulacija u kombinaciji sa tretmanom vode u DBP reaktoru). Smanjenje HPK se pripisuje fragmentaciji organskih jedinjenja prisutnih u otpadnoj vodi pomoću jakih oksidacionih sredstava ozona, hidroksilnih radikala (OH·), UV zračenja i plazme. Sa protokom vremena (starenjem uzorka) HPK vrednost kod svih uzoraka raste što se može shvatiti kao rezultat inverznih, komplikovanih, hemijskih reakcija izmeñu fragmenata nastalih cepanjem početnih jedinjenja. Posle 20-tak sati od tretmana uočava se ponovo lokalni minimum vrednosti HPK kod svih uzoraka, pri čemu treba istaći da uzorak P II ima vrednost ispod MDK i on bi u nekakvim industrijskim uslovima mogao da se ispusti u recipijent. Veoma je važno proveriti kako bi se dalje ponašali ovako tretirani uzorci otpadne vode, ako bi se u trenutku dostizanja minimalnih vrednosti HPK oni razredili i tako usporila reakcija izmeñu fragmenta. No takvi eksperimenti biće predmet budućih istraživanja.

Na Grafiku 21. uočava se da je tok “oscilatornih” reakcija veoma sličan za vode P I, P II i PIII (P I- voda P koja je posle predtretmana kroz jonizator propuštena jedanput), P II voda P koja je posle predtretmana kroz jonizator propuštena dva puta i P III voda P koja je posle predtretmana kroz jonizator propuštena tri puta) i da su uočene vrednosti HPK za sve tri vode takoñe slične. HPK sa 1600 mg/l se smanuje na 695- 725 mg/l da bi posle povećanja na čak 2020 mg/l ponovo došlo do pojava pada vrednosti ali na još manju vrednost 310- 610 mg/l što predstavlja prosečno smanjenje organskog opterećenja na cca 30 % polaznog opterećenja.

Pošto su svi opisani ekperimenti izvedeni bez bilo kakve optimizacije uočeni trendovi koji se vide na Grafiku 21. u potpunosti opravdavaju dalja istraživanja u ovoj oblasti. Svi uzorci vode tretirani u DBP reaktoru pokazuju jasan pad vrednosti u toku vremena.

5.DISKUSIJA


5. Diskusija

Prisustvo lako degradabilnih jedinjenja u otpadnim vodama prehrambene industrije izaziva brojne probleme. Vode prehrambene industrije karakteriše visoka koncentracija organske materije (HPK oko 10 g O2/l) i nutrijenata, pre svega azota i fosfora14. Dodatnu kompleksnost otpadnih voda daju industrijski pogoni sa više proizvodnih jedinica, za različite proizvode. Pogonske jedinice mlekarske industrije, u zavisnosti da li su za pripremu, pasterizaciju i pakovanje mleka ili za proizvodnju sira, butera, mleka u prahu ili drugih mlečnih proizvoda, daju svoju otpadnu vodu koja se, po svojim karakteristikama, bitno razlikuje od ostalih. Pored izvesne količine mleka u ovim otpadnim vodama se mogu naći kazein i drugi proteini, laktoza i masti. Otpadne vode mlekarske industrije dodatno opterećuje neizmenično prisustvo kiselina ili baza, neophodnih u procesu čišćenja sistema i, kao posledica, varijabilnost pH. Ključni parametri kvaliteta otpadnih voda mlekarske industrije su biološka potrošnja kiseonika (BPK), sa prosečnom vrednošću 8 do 2 500 mg O2/lotpadne vode u netretiranom efluentu; hemijska potrošnja kiseonika (HPK), normalno oko 1.5 puta veća od vrednosti BPK; ukupne suspendovane materije, sa vrednošću od 100 – 1 000 mg/l; ukupne rastvorene materije: fosfor (10 – 100 mg/l) i azot (oko 6% vrednosti za BPK) 28. Analiza uzoraka otpadne vode iz mlekare AD „Imlek” – Beograd je bila opitni poligon data u poglavalju 4.3.3. ne odstupa značajnije od literaturnih podataka. Tako je prosečno BPK 800- 1500 mg/l a maksimum je išao i do 5 000 mg/l. HPK se kretala u okviru 1,5- 2 puta više u odnosu na BPK. Ukupne supsendovane materije su bile od 400- 800 mg/l, a ukupne rastvorene materije: fosfvor 10- 50 mg/l a azot 8-12 % od BPK. Ukupne masti i ulja su bile prosečno 50- 100 mg/l, a trošilo se oko 4 l vode po 1 l prerañenog mleka. Preporuke za što bolju prevenciju zagañenja vodotokova otpadnim vodama mlekarske industrije su: smanjenje gubitaka produkata tokom proizvodnje; upotreba

5.DISKUSIJA


većih pakovanja za mleko (najbolje onih za jednokratnu upotrebu); prevoñenje otpadnih materija u manje vredne proizvode, na primer stočnu hranu; optimizacija upotrebe vode i hemikalija za sanitarno-higijensko održavanje sistema (izbegavanje sredstava na bazi fosfora). Za racionalnu potrošnju vode preporučuje se sistem za recirkulaciju vode, ali je zato neophodno razdvojiti sisteme sanitarnih instalacija od sistema samog procesa i sistema za hlañenje (uključujući kondenzaciju). Na taj način se omogućava upotreba kondenzata za čišćenje, umesto sveže vode. Nije nevažna ni ušteda u energiji korišćenjem izmenjivača toplote za procese hlañenja i kondenzacije. Za pravovremeno preduzimanje mera u cilju sprečavanja nepoželjnog opterećenja otpadnih voda mlekarske industrije je važno kontinuirano uzimanje uzoraka i merenje ključnih parametara. Preporuke su najmanje jednomesečni monitoring finalnog efluenta na ključne parametre, a ako protok značajnije varira i češće.

5.1. FIZIČKO-HEMIJSKE KARAKTERISTIKE OTPADNIH VODA AD "IMLEK"

Kanalizacioni sistem mlekare AD “Imlek” koja dnevno preradi oko 500 000 l mleka, čine tri kanalizaciona podsistema (kišna, tehnološka i kanalizacija za ostalu otpadnu vodu) i deo je kanalizacionog sistema Poljoprivrednog kombinata Beograd (PKB). Rezultati ispitivanja kvaliteta otpadnih voda mlekare AD “Imlek” urañenih u 116 svakodnevno uzetih uzoraka vode u toku 15 dana, su u skladu sa literaturnim podacima za otpadne vode mlekarske industrije. Maksimalna vrednost HPK 9 600 mg O2/l, a minimalna 580 mg O2/l, što je još uvek veće od maksimalno dozvoljenih 450 mg O2/l (Tabela 10.). Vrednosti za BPK su u granicama 2 700 – 430 mg O2/l, što je takoñe veće od maksimalno dozvoljenih 300 mg O2/l. Mada su maksimalne vrednosti ostalih parametara, pre svega ukupnog azota i fosfora, veće od maksimalno dozvoljenih vrednosti, njihove srednje vrednosti su u granicama dozvoljenih (Tabela 10.). Ukupne suspendovane materije sa srednjom vrednošću od 555 mg/l su takoñe karakteristične za otpadne vode mlekarske industrije (Tabela 9.). Važno je izdvojiti i rezultat ukupnih masti, čija prosečna vrednost od 74,28 mg/l, je skoro duplo veća od maksimalno dozvoljenih 40 mg/l (Tabela 10.). Analiza uzoraka otpadnih voda mlekare AD “Imlek” uzimanih na svaki sat vremena u toku 5 dana su slični prethodnim, ali su "iskakanja" u maksimalnim vrednostima veća za HPK i BPK (13 340 odnosno 5 250 mg O2/l), dok su vrednosti za ukupno suspendovane materije slične prethodnim analizama (Tabele 11 i 12.)49.

5.DISKUSIJA


5.1.1. PROSEČNA PRODUKCIJA OTPADNE VODE U ODNOSU NA PRERAĐENU KOLI ČINU MLEKA

Produkcija otpadne vode u odnosu na prerañenu količinu mleka, praćeno na mesečnom nivou, se tokom 2006 g., 2007 g. i 2008 g. kretala od minimalno 3,27 lvode/lmleka do maksimlno 4.99 lvode/lmleka. Prosečna potrošnja vode po litri mleka u toku 2006 g je iznosila 3.59 lvode/lmleka, 2007 je iznosila 4.2 lvode/lmleka a 2008 g. 3.76 lvode/lmleka (Tabela 17).

5.2. PREČIŠĆAVANJE OTPADNE VODE AD "IMLEK" ADSORPCIJOM U KOLONI ALUMINOSILIKATA- HIDRAULI ČKE KARAKTERISTIKE

Najčešća rešenja prečišćavanja otpadnih voda mlekarske industrije, pre upuštanja u veće kanalizacione sisteme ili otvorene vodotoke, su razblaženje u prirodnom prijemniku otpadne vode, irigacija napuštenog zemljišta, primena taložnika uz hemijsku obradu, kao i upotreba bioloških i drugih vrsta filtera. U tretmanu otpadnih voda mlekarske industrije se, od primene konvencionalnih stabilizacionih taložnika danas došlo do izgradnje čitavog sistema različitih vrsta taložnika, često snabdevenih specifičnom mikro i makro florom ili mineralnim komponentama60. Poseban problem prisustva fosfora u otpadnim vodama mlekarske industrije se danas rešava njegovim biološkim uklanjanjem, sistemom aktivacije izdvojenog mulja u anaerobnim reaktorima61. Malo je podataka o primeni aluminosilikata u prečišćavanju otpadnih voda mlekarske industrije. U jednoj studiji koja se bavila ispitivanjem efikasnosti različitih filtracionih materijala u primarnom tretmanu otpadnih voda mlekare, na laboratorijskom nivou, korišćeni su zeoliti, mleveni koral, ugalj, pesak i pesak pomešan sa koralom ili staklenim kuglicama. Odreñujući HPK, ukupne čvrste materije i ukupne suspendovane materije, pre i posle filtracije otpadne vode, pesak u kombinaciji sa staklenim kuglicama se pokazao najefikasnijim9 .

Tehničko-tehnološke karakteristike kolone sa adsorbensom Za ispitivanja u okviru doktorske teze mogućnosti prečišćavanja otpadnih voda mlekarske industrije AD "Imlek" na stubu aluminosilikata, u "pilot" eksperimentu, u laboratorijskim uslovima, je napravljeno pilot postrojenje sa kolonom za filtraciju (Slika 10., 10.1., Šema 3., 3.1, 3.2, 3.3). Uzorci vode su u tri navrata propuštani kroz pilot postrojenje (stubove adsorbensa).

Prosejavanjem odreñen je granulometrijski sastav adsorbensa i zastupljenost pojedinih frakcija (Tabela 18., 18.1., 18.2., 18.3 i Grafik 1., 1.1., 1.2., 1.3. , 1.4). Usvojeno je da se tolerancija radne mešavine kreće do maksimalno ± 5% u odnosu na

5.DISKUSIJA


projektovanu mešavinu. Granulometrijski sastav ostvarene mineralne mešavine za Adsorbens I (najzastupljenija krupna frakcija) i Adsorbens II (sve frakcije ravnomerno zastupljene) je u zadatim graničnim vrednostima (Tabela 18.1., 18.2. i Grafik 1.1., 1.2.). Granulometrijski sastav ostvarene mineralne mešavine za Adsorbens III (najzastupljenija sitna frakcija) (Tabela 18.3. i Grafik 1.3.) u zoni od 0.4 do 1.6 mm je na samoj granici gornjeg pojasa tolerancije. Obzirom da je u ostalim zonama sastav ostvarene mineralne mešavine Adsorbensa I u zadatim graničnim vrednostima i za mineralnu mešavinu Adsorbensa I usvaja se da je Granulometrijski sastav u zadatim graničnim vrednostima.

Sa Grafika 1.4. se vidi da adsorbensi korišćeni tokom ispitivanja za potrebe izrade disertacije Adsorbens I (najzastuplenija krupna frakcija), Adsorbens II (sve frakcije ravnomerno zastupljene), Adsorbens III (najzastupljenija sitna frakcija) odgovaraju mineralnim mešavinama koje spadaju najvećim delom u kategoriju sitan šljunak (od krupnog peska do srednjeg šljunka).

Izračunavanjem Darsijevih koeficijenata filtracije za sva tri adsorbenta odredjene su tehničko-tehnološke karakteristike kolone62. Vrednost Darsijevog koeficijenta filtracije za Adsorbens I se kretao od K = 0.106 do K = 0.465 dm/sec (srednja vrednost za kolonu Adsorbensa I se kretala za tri korišćene vode od K= 0,176 dm/s do K= 0.252 dm/s), za Adsorbens II od K = 0.120 do K = 0.480 dm/sec(srednja vrednost za kolonu Adsorbensa II se kretala za tri korišćene vode od K= 0.130 dm/s do K= 0.264 dm/s), a za Adsorbens III od K = 0.051do K = 0.316 dm/sec (srednja vrednost za kolonu Adsorbensa III se kretala za tri korišćene vode od K= 0.058 dm/s do K= 0.176 dm/s).

U Tabeli 33. Prikazane su minimalne, maksimalne i srednje vrednosti Darsijevih koeficijenata filtracije za Adsorbens I, Adsorbensa II i Adsorbens III pri protoku česmenske vode, otpadne vode I i otpadne vode II kroz njih.

Izračunavanjem Rejnoldsovog broja Re (-) i koeficijenta trenja λ (-) (Tabele 31- 36) za sva tri adsorbenta odreñene su inercijalne karakteristike strujanja u kolonama formiranim tim adsorbenisma. Rejnoldsov broj Re je pokazatelj uticaja viskoznosti u odnosu na uticaj gustine (inercijalni uticaji) odnosno Rejnoldsovim brojem Re (-) se bezdimenzionlno izražava koeficijent viskoznosti µ (m2/s).

Ako uticaji viskoznosti pri tečenju slabe u odnosu na inercijalne uticaje raste vrednost Re (-) broja 63.

Da bi se dobila veza izmeñu koeficjenta otpora λ (-), i Rejnoldsovog broj Re (-) dobijenih pri ovom ispitivanju, formiran je dijagram sličan sa Nikuradzeovim dijagramom otpora za peščanu rapavost50. Na apcisu su nanete izračunate vrednosti Re (-) a na ordinati vrednosti λ (-).

Na Grafiku 2. je prikazan Koeficijent trenja λ u funkciji Rejnoldsovog broja Re za adsorbense A I, A II i A III pri protoku česmenske vode.

Na Grafiku 3. je prikazan Koeficijent trenja λ u funkciji Rejnoldsovog broja Re za adsorbense A I, A II i A III pri protoku otpadne vode I.

Na Grafiku 4. je prikazan Koeficijent trenja λ u funkciji Rejnoldsovog broja Re za adsorbense A I, A II i A III pri protoku otpadne vode II.

Na Grafiku 22. su prikazane srednje vrednosti Darsijevih koeficijenata filtracije K (dm/s) u zavisnosti od granulacije filtera- efektivnog prečnika de (cm) i vrste filtrirane vode.

5.DISKUSIJA


Tabela 33. Minimalne, maksimalne i srednje vrednosti Darsijevih koeficijenata filtracije K (dm/s) za Adsorbens I, Adsorbens II i Adsorbens III pri protoku česmenske vode, otpadne vode I

i otpadne vode II

de=d15% (dm)

0.0145 0.016 0.022 A I AII A III

Vre

dnos

ti D

arsi

jevi

h ko

efic

ijena

ta fi

ltrac

ije K

(d

m/s

)

Minimalne vrednosti Darsijevih koeficijenata

filtracije K (dm/s)

min ČV 0.150 0.094 0.071 min OV I 0.106 0.162 0.106 min OV II 0.125 0.120 0.051

Maksimalne vrednosti Darsijevih koeficijenata

filtracije K (dm/s)

max ČV 0.333 0.173 0.147 max OV I 0.316 0.480 0.316 max OV II 0.465 0.141 0.065

Srednje vrednosti Darsijevih koeficijenata

filtracije K (dm/s)

sred. ČV 0.237 0.131 0.100 sred. OV I 0.176 0.264 0.176 sred. OV II 0.252 0.130 0.058

Kao što je analiza koeficijenta trenja λ (-) ukazala tako se i pri analizi

koeficijenata filtracije K (dm/sec) vidi, sa aspekta hidruličke propusnosti, de se efektivni poluprečnik kreće od 1.6 mm do 2.2 mm, de= 1.6-2.2 mm (de= 1.6 mm1- sve frakcija ravnomerno zastupljene, de= 2.2 mm1- najzastupljenija krupna frakcija).

SREDNJE VREDNOSTI KOEFICIJENTA FILTRACIJE K(dm/s) U ZAVSINOSTI OD GRANULACIJE I VRSTE VODE

2,37

1,00

1,31

1,76

2,64

1,76

2,52

0,58

1,30

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

deAI =d15% AI = 0.22 cm deAII=d15% AII = 0.16 cm deAIII=d15% AIII =0.145 cm

de (cm)

K (d

m/s

)

CE VO OV I OV II

Grafik 22. Srednje vrednosti Darsijevih koeficijenata filtracije K (dm/s) u zavisnosti od

granulacije filtera i vrste filtrirane vode

5.DISKUSIJA


5.3. PREČIŠĆAVANJE OTPADNE VODE AD "IMLEK" PLAZMA REAKTOROM NA BAZI DIJELEKTRI ČNOG BARIJERNOG PRAŽNJENJA (DBP) ORIGINALNE KONSTRUKCIJE U okviru ove disertacije izveden je privi put niz eksperimenata u kojim je tretirana

otpadna voda iz industrije mleka u jednom plazma reaktoru originalne konstrukcije pri čemu voda koja se tretira ima ulogu barijerne elektrode.

Pri tretmanu plazma reaktorom na bazi Dijelektričnog barijernog pražnjenja (DBP) otpadna voda se istovremeno izlaže dejstvu filamentarnog pražnjenja, UV zračenja, ozonu koji iz gasne faze prelazi u vodu i hidroksilnim radikalima (OH·) koji nastaju u samoj vodi. Sva četiri efekta koji dovode do oksidacije su istovremeno prisutna pa ispoljavaju sinergetski efekat. Pri tome O3 i hidroksilni radikali (OH·) svaki za sebe predstavlja jedan od najjačih oksidacionih sredstava, pa se opisani posupak tretmana otpadne vode može smatrati tehnikom sa naprednim oksidacionim metodama (AOMs- Advanced oxidation methods).

Konstrukcija samog rektora u potpunosti omogućava dodavanje vodonik peroksida ili drugih oksidacionih sredstava ako je potrebno.

Naknadna istraživanja pokazuju da visoka oksidaciona moć vodenog rastvora najvećim delom potiče od hidroksilnih radikala (OH·).

Strategija tretmana otpadnih voda iz mlekarske industrije primenom plazme uglavnom je usmerena na smanjenje HPK vrednosti, kao merilo ukupuno prisutnih organskih jedinjenja. Smatra se da je osrednjena pH vrednost otpadne vode konzumnih mlekara prilično uravnotežena i kreće se oko 6-7 (drugim rečima u toku dana se koristi ista količina baza i kiselina za ispiranje procesne opreme pa se može očekivati da bi osrednjenja dnevna vrednost u eventualnom puferskom razervoaru trebalo da bude oko 7).

Pražnjenje nad vodom, ne samo da proizvodi O3 i UV zračenje već presudno hidroksilne radikale (OH·), pa oni kao veoma reaktivni dovode do usitnjavanja organskih jedinjenja prisutnih u otpadnoj vodi industrije mleka.

Merenja su pokazala (Grafik 9.) da tretirani uzorci vode usled protoka vremena, starenjem, pokazuju sistemski pad vrednosti HPK. Pritom broj tretmana (odnosno deponovanu energiju u jedinici zapremine tretirane vode, odnosno postignutu oksidacionu moć) u toku daljih ekperimenata treba optimizovati.

Uočen je oscilatorni karakter ponašanja HPK vrednosti u toku vremena. Pritom, na ovom nivou istraživanja sa tek početnim rezultatima merenja, nije jasno od čega zavisi period pojavljivanja lokalnih minimuma HPK vrednosti kao da postoji kratkotrajni vremenski period reda jedan sat i dugotrajni vremenski period reda jedan dan (Grafik 8.).

Na osnovu uočenih lokalnih minimuma vrednosti HPK može se osmisliti buduća tehnologija tretmana predmetnih otpadnih voda. Naprimer, u trenutku dostizanja lokalnog minimuma HPK, ako je ispod MDK, voda se može ispuštati direktno u recipijent. Ako je minimalna vrednost HPK iznad MDK za otpadne vode, može se izvesti još jedan tretman u plazma rektoru, može se ponovo upotrebiti koagulant, može se izvršiti

5.DISKUSIJA


razblaženje...... itd, pa tek onda ispustiti u recipijent. Sve u zavisnosti od cene odnosno tehnoekonomskih pokazatelja.

Početni eksperimentalni rezultati dobijeni u toku izrade ove disertacije ukazuju na to da je opisani tehnološki proces, koji se sastoji od koagulacije, flokulacije i napredne oksidacije u plazma reaktoru, veoma perspektivan i zahteva dalje usavršavanje.

Posle ovako izvedenog tretmana u budućim eksperimentima treba proveriti hemijski sastav konačnih proizvoda, njihovu toksičnost i biodegradabilnost.

6. ZAKLJUČCI


6. Zaključci

Otpadne vode mlekarske industrije karakteriše kompleksnost sastava,

uglavnom biodegradabilnih organskih jedinjenja, ali i opterećenje sredstvima za ćiščenje i održavanje sistema. Deo kanalizacionog sistema za tehnološku i ostalu otpadnu vodu mlekare "Beograd" - AD “Imlek” je preko sabirnog šahta povezan sa kanalizacionim sistemom Poljoprivrednog kombinata Beograd (PKB), dok kišna kanalizacija gravitaciono odvodi vodu u kanal recipijent "Lisičiji jarak".

Posle ovih ispitivanja, na osnovu merenja protoka vode Doplerovim ultrazvučnim meračem protoka, sezonski promenljive količine prerañenog mleka (pa time i količine otpadne vode) može se zaključiti da je da je prosečni protok otpadnih voda mlekare “Imlek” Qsr = 22.22 l/sec i da se ovaj protok može usvojiti kao merodavan protok pri projektovanju sistema za tretman otpadnih voda mlekarae AD “Imlek” Padinska Skela.

U ovom radu je fizičko-hemijskom analizom otpadne vode, iz sabirnog šahta mlekare AD "Imlek", utvrñen njen kvalitet, a na pilot postrojenju adsorpcione kolone ispitane hidrauličke karakteristike u slučaju prečiščavanja vode primenom filtracione metode. Na labaratorisjkom modelu Generatora ozona sa barijernim dielektričnim pražnjenjem originalne konstrukcije ispitan je efekat ovako generisanog ozona na poboljšanje kvaliteta otpadne vode.

Na osnovu analize kvaliteta ispitivane otpadne vode, analize osobina samog filtracionog materijala, hidrauličnih ispitivanja rada kolone, ispitivanja vode tretirane plazma reaktorom na bazi Dijelektricnog barijernog pražnjenja (DBP), mogu se definisati sledeći zaključci:

� Rezultati ispitivanja otpadnih voda mlekare AD "Imlek" urañenih za potrebe ove disertacije su u skladu sa literaturnim podacima. Tako je, maksimalna vrednost hemijske potrošnje kisonika HPKmax= 13 335 mgO2/l, minimalna HPKmin= 115 mgO2/l a srednja HPKsr= 1 902 mgO2/l. Maksimalna vrednost biološke potrošnje

6. ZAKLJUČCI


kisonika je BPK max= 5 280 mgO2/l, minimalna BPK min= 82 mgO2/l a srednja BPKsr= 1020 mgO2/l. Mada su maksimalne vrednosti ostalih parametara, pre svega ukupnog azota i fosfora, veće od maksimalno dozvoljenih vrednosti, njihove srednje vrednosti su u granicama dozvoljenih. Ukupne suspendovane materije sa srednjom vrednošču od 555 mg/l su takoñe karakteristične za otpadne vode mlekarske industrije, a količina masti od 74.28 mg/l, je skoro duplo veća od maksimalno dozvoljenih 40 mg/l.

Srednja vrednost parametra Ukupne masti i ulja je 48 mg/l, minimalna izmerena vrednost 12 a maksimalna 212 mg/l. Srednja vrednost parametra Ukupne masti i ulja je 4.23 puta veća od MDK Ukupne masti i ulja =40 mg/l. Srednja vrednost NH4+ je 1.20 puta veća od MDK NH

4+=15 mg/l. Može se zaključiti da fizičke i hemijske karakteristike otpadne vode mlekare

AD „Imlek” ne odstupaju značajnije od literaturnih podataka. Može se zaključiti da parametri otpadnih voda mlekare AD „Imlek” HPK,

BPK, NH4+, ukupni P, Ukupne masti i ulja, značajno odstupaju od vrednosti MDK.

� Od četiri frakcije mineralne mešavine zeolita (frakcija 0.2-2 mm, frakcija 2-3 mm, frakcija 3-5 mm i frakcija 5-7 mm) formirana su tri adsorbensa Adsorbens I (najzastuplenija krupna frakcija), Adsorbens II (sve frakcije ravnomerno zastupljene), Adsorbens III (najzastupljenija sitna frakcija). Granulometrijski sastav ostvarene mineralne mešavine za sva tri adsorbensa je u zadatim granicama. Tolerancija radne mešavine kreće se do ± 5% u odnosu na projektovanu mešavinu.

Adsorbenti korišćeni pri istraživanju za potrebe izrade disertacije su nejednolikog granulometrijskog sastava pa je pri izračunavanja Darsijevog koeficijenta

filtracije

∗−= −

s

m

ν)n1(

d*g*n10*1.8K

2

233

usvojen efektivan prečnika- de materijala: - za adsorbens I (najzastupljenija krupna frakcija) ekvivalentni prečnik zrna de=d15% AI = 2.2 mm1= 0.022 dm1, - za adsorbens II (sve frakcija ravnomerno zastupljene) ekvivalentni prečnik zrna de= d15% AII = 1.6 mm1= 0.016 dm1, - za adsorbens III (najzastupljenija sitna frakcija) ekvivalentni prečnik zrna de= d15% AIII =1.45 mm1= 0.0145 dm1.

� Izračunavanjem Darsijevih koeficijenata filtracije kroz stub adsorbensa odreñene su hidraulične karakteristike kolone.

• Na osnovu dijagrama na kome su u logritamskoj podeli dati koeficijent trenja λ(-) u funkciji Rejnoldsovog broja Re(-) za adsorbens I, adsorbens II i adsorbens III za česmensku vodu, otpadnu vodu I, otpadnu vodu II može se zaključiti da je strujanje u adsorbensu strujanje u poroznoj sredini, odnosno strujanje se pokorava Darsijevoj jednačini v= Kx I64, važi linearni zakon otpora. Opšti oblik dobijenih jednačina za sve adorbense pri protoku svih ispitivanih voda je isti.

• Kod filtera ispitivanih za potrebe disertacije lamilarna zona tečenja održava se za veće vrednosti bezdimenzionalnog Rejnoldovog broja Re(-) u odnosu na podatke date literaturom za strujanja u poroznoj sredini (linearani zakon otpora održava se za vrednosti 5≤ Re)5. Tokom filtracije ispitivanih voda linearni zakon otpora opstaje i pri vrednostima Re> 5. Za česmensku vodu može se usvojiti da linearni

6. ZAKLJUČCI


zakon otpora opstaje i pri vrednostima 5< Re< 11. Za otpadne vode OV I i OV II može se usvojiti da linearni zakon opstaje pri vrednostima 5< Re< 10.

• Kao što je analiza dijagrama koeficijent trenja λ(-) u funkciji Rejnoldsovog broja Re(-) ukazala tako se i pri analizi pad pijozemetarske kote I(-) u funkciji Darsijeve brzine v= Q/A (dm/s) vidi da za strujanje u adsorbensu važi linearni zakon otpora. Na osnovu dijagrama na kome su u logritamskoj podeli dati pad pijozemetarske kote I(-) u funkciji Darsijeve brzine v= Q/A (dm/s) pri filtriranju česmenske vode CV (Grafik 2.), otpadne vode OVI (Grafik 3.) i otpadne vode OVII (Grafik 4.), kroz krupnozrni filter A I, ravnomerani filter A II i sitnozrni filter A III može se zaključiti da se strujanje u adsorbensu, strujanje u poroznoj sredini, pokorava Darsijevoj jednačini v= Kx I64, tj. za ovo strujanje važi linearni zakon otpora. Usvaja se, za česmensku vodu (CV) λ=3000/Re za sva tri adsorbensa. Pri proticanju otpadne vode usvaja se za krupnozrni adsorbens AI (najzastupljenija krupna frakcija, ekvivalentni prečnik zrna deAI =d15% AI = 2.2 mm1= 0.022 dm1) i za ravnomerni adsorbens A II (sve frakcija ravnomerno zastupljene, ekvivalentni prečnik zrna deAII=d15% AII = 1.6 mm1= 0.016 dm1) λ = 2 000/Re a za sitnozrni adsorbens A III (najzastupljenija sitna frakcija, ekvivalentni prečnik zrna deAIII=d15% AIII =1.45 mm1= 0.0145 dm1) λ = 5000/Re.

• Pri tom strujanju veliki je uticaj viskoznosti a mali uticaj inercijalnih sila odnosno može se reći da viskoznost „gasi“ turbulenciju.

• Kao što je analiza koeficijenta trenja λ (-) ukazala tako se i pri analizi koeficijenata filtracije K (dm/sec) vidi, sa aspekta hidruličke propusnosti, de se efektivni poluprečnik kreće od 1.6 mm do 2.2 mm, de= 1.6- 2.2 mm (Tabela 33, Grafik 22).

� Adsorpcija SDBAH na Ca-klinoptilolitu se odigrava na spoljašnjoj

površini ovog minerala. Praćenjem sadržaja neorganskih katjona u filtratu nakon aktivacije, pokazano je da u zavisnosti od količine dodatog organskog modifikatora adsorpcija može biti monoslojna i višeslojna. Kada je količina dodatog SDBAH ≤ SKKI vrednosti, obrazuje se monosloj mehanizmom katjonske izmene prisutnih neorganskih katjona sa SDBA+ jonima. Pri količini dodatog organskog modifikatora većoj od SKKI vrednosti, dolazi do višeslojne adsorpcije vezivanjem SDBAH molekula vodoničnim vezama za prvi sloj.

� Analizom svih parametara koji utiču na formiranje organo-zolita došlo se do zaključka da se najbolji tretman za formiranje organozeolita, za potrebe izrade alumino filtera za prečiščavanje otpadnih voda dobija za:

• odnos količine kvateralnog amina i zeolita 50- 75 mmolM+/kg • sadržaj čvrste faze zeolita u supsenziji 20% (10 %) • uticaj brzine mešanja- nema značajnijeg uticaja a šteti zbog

usitnjavanja uzorka • uticaj temparature- pri koncentracii amina od 50– 75 mmolM+/kg

zeolita adorbcija organskog katjona je potpuna na površini zeolita bez obzira na temparaturu supsenzije (naglašava se da je uzorak prvo

6. ZAKLJUČCI


tretiran na 1000C da bi se smanjio sadržaj vlage jer na taj način dolazi do poboljšanja adsorbcionih osobina zeolita

• uticaj veličine zrna na adsorbciju, rezultat ukazuje da veća zrna imaju manju adosrbciju organskog katjona (SDBAH) na površini zeolita što se ne reflektuje drastičnije kod veličine dodatog amina od 50- 75 mmolM+/kg.

� Filtracijom otpadne vode Industrije mleka AD „Imlek” kroz preparat

zeolita registrovano je smanjenje amonjačnog azota od skoro 90 %34. Koncetracija NH4

+ jona u sirovoj nefiltriranoj vodi je iznoslia 12.3 (mg/l) a posle filtracije u koloni prirodnog zeolita klinoptilolita je registrovana koncetracija 1,6 (mg/l) NH4

+ jona. MDK – maksimalno dozvoljene koncentracije (Pravilnik o tehničkim i sanitarnim uslovima za upuštanje otpadnih voda u gradsku kanalizaciju grada Beograda- Sl. list grada Beograda, 1986.) NH4

+ jona je 15 mg O2/l.

� Filtriranja otpadne vode kroz aktivni filter ogranozeolita je pokazalo značajnu efikasnost adsorpcije za parametre NO3

-, PO43-, HPK:

• efikasnost adsorpcije NO3- jona se kretala od, približno, 50% pri

propuštanju OV II kroz krupnozrni filter organozolita, preko 56.7% pri propuštanju OV II kroz ravnomerni filter do približno 70% pri propuštanju OV II kroz sitnozrni filter organozolita.

• efikasnost adsorpcije PO43- jona se kretala od 6.3% pri propuštanju

OV II kroz krupnozrni filter organozolita, preko skoro 10% pri propuštanju OV II kroz ravnomerni filter do približno 20% pri propuštanju OV II kroz sitnozrni filter organozolita.

• efikasnost adsorpcije organske materije prikazane preko HPK kretala se od, približno, 30% pri propuštanju OV II kroz krupnozrni filter organozolita, preko 44% pri propuštanju OV II kroz ravnomerni filter do preko 50 % pri propuštanju OV II kroz sitnozrni filter organozolita.

� Filtriranja otpadne vode kroz aktivni filter ogranozeolita nije pokazalo

značajnu efikasnost adsorpcije za parametar NH4+:

• efikasnost adsorpcije NH4+ jona iznosila je približno 6 % pri

propuštanju OV II kroz krupnozrni filter organozolita, 13.6 % pri propuštanju OV II kroz ravnomerni filter a pri propuštanju OV II kroz sitnozrni filter organozolita izmereno je povećanje HPK za 8.5 %.

� Pri tretmanu plazma reaktorom na bazi Dijelektričnog barijernog

pražnjenja (DBP) otpadna voda se istovremeno izlaže dejstvu filamentarnog pražnjenja, UV zračenja, ozonu koji iz gasne faze prelazi u vodu i hidroksilnim radikalima (OH·) koji nastaju u samoj vodi. Sva četiri efekta koji dovode do oksidacije su istovremeno prisutna pa ispoljavaju sinergetski efekat.

� Merenja su pokazala da tretirani uzorci vode usled protoka vremena, starenjem, pokazuju sistemski pad vrednosti HPK. Pri tom broj tretmana (odnosno deponovanu energiju u jedinici zapremine tretirane vode, odnosno postignutu oksidacionu moć) u toku daljih ekperimenata treba optimizovati.

� Početni eksperimentalni rezultati dobijeni u toku izrade ove disertacije ukazuju na to da je opisani tehnološki proces, koji se sastoji od neutralizacije,

6. ZAKLJUČCI


koagulacije, flokulacije i napredne oksidacije u plazma reaktoru, veoma perspektivan i zahteva dalje usavršavanje.

� Ako se uzmu u obzir rezulati merenja vrednosti HPK vode pre i posle tretiranja plazma reaktorom na bazi Dijelektrićnog barijernog pražnjenja DBP rezultati ovih, iako, preliminarnih ispitivanja su očekivani i ukazuju na svu složenost procesa koji se dešavaju pri protoku vode kroz plazma reaktor na bazi Dijelektričnog barijernog pražnjenja (DBP)

� Rezultati ispitivanja tretmana otpadnih voda dobijeni tokom rada na ovoj disertaciji su u skladu sa Nacionalnim programom primenjivih i razvojnih istraživanja ureñenja, zaštite i korišćenja voda u Srbiji jer se koriščenjem plazma reaktora na bazi Dijelektricnog barijernog pražnjenja (DBP) i reakcionim filterima na bazi prirodnioh minerala može povećati efikasnost ureñaja za prečiščavanje otpadnih voda naselja i industrije 2.

� Rezultati ispitivanja generisanja otpadnih voda mlekare AD "Imlek" u odnosu na prerañenu količinu mleka je u skladu sa najnižom potrošnjom vode po litri mleka date literaturnim podacima. Produkcija otpadne vode u odnosu na litar prerañenog mleka kretala se u toku ispitivanja (na mesečnom nivou) od minimalno 2.76 lvode / lmleka do maksimalno 4.18 lvode / lmleka (prosečno 3.75 lvode / lmleka). Po literaturi potrošnja vode po litri prerañenog mleka se kreće od 3-30 lvode /lmleka

11. • Ovo navodi na zaključak da je u ovoj mlekari na visokom nivou

zaštita čovekove okoline iskazana kroz malu potrošnju prirodnih resursa, u ovom slučaju vode.

• Upotrebom opreme za pranje pod pritiskom i recikliranjem već upotrebljene vode u rashladi, u sistemu pranja opreme i cevovoda sigurno je da se količina otpadne vode po jedinici prerañnog mleka još može smanjiti.

• Smanjenjem produkcije otpadne vode po litri prerañenog mleka unapreñuje se zaštita vode od zagañenja što je u skladu sa Nacionalnim programom primenjivih i razvojnih istraživanja ureñenja, zaštite i korišćenja voda u Srbiji2.

7. PRILOZI


7. Prilozi

7.1. TABELARNO IZRA ČUNAVANJE DARSIJEVIH KOEFICIJENATA FILTRACIJE K, KOEFICJENATA OTPORA λλλλ I REJNOLDSOVOG BROJ Re

Korišćenjem standardnih programskih paketa tabelarno su izračunati Darsijevi

koeficijenti filtracije K, koeficjenti otpora λ i Rejnoldsov broj Re.

7. PRILOZI


∆V ∆t Q Π1 Π2 Π3 Π4 Π5 t ∆Π1-2 ∆Π2-3 ∆Π3-4 ∆Π4-5 ∆Π1-5 K1-2 K2-3 K3-4 K4-5 K1-5 sr K1-5 v ν Re I λ

lit sek l/s cm cm cm cm cm ° C dm dm dm dm dm dm/s dm/s dm/s dm/s dm/s dm/s dm/s 10-4dm2/s / / /

1 1.850 30 0.0617 78.5 85.3 89.4 95.8 105.8 16 0.68 0.41 0.64 1.00 2.73 0.164 0.271 0.174 0.076 0.171 0.150 0.0505 1.1110 10.0 0.2904 491

2 1.780 25 0.0712 74.5 82.3 86.8 94.3 105.8 16 0.78 0.45 0.75 1.15 3.13 0.165 0.285 0.171 0.076 0.174 0.151 0.0584 1.1110 11.6 0.3330 422

3 1.550 30 0.0517 86.0 90.9 94.0 98.8 105.8 16 0.49 0.31 0.48 0.70 1.98 0.190 0.301 0.194 0.091 0.194 0.173 0.0423 1.1110 8.4 0.2106 507

4 1.800 30 0.0600 82.8 88.5 92.0 97.4 105.8 16 0.57 0.35 0.54 0.84 2.30 0.190 0.309 0.200 0.088 0.197 0.173 0.0492 1.1110 9.7 0.2447 437

5 1.750 25 0.0700 77.8 84.7 88.8 95.6 105.8 16 0.69 0.41 0.68 1.02 2.80 0.183 0.308 0.186 0.084 0.190 0.166 0.0574 1.1110 11.4 0.2979 391

6 1.780 25 0.0712 78.3 85.1 89.3 95.8 105.8 16 0.68 0.42 0.65 1.00 2.75 0.189 0.306 0.198 0.088 0.195 0.172 0.0584 1.1110 11.6 0.2926 371

7 1.720 35 0.0491 87.5 91.8 94.7 98.9 105.8 16 0.43 0.29 0.42 0.69 1.83 0.206 0.306 0.211 0.088 0.203 0.178 0.0403 1.1110 8.0 0.1947 518

8 1.530 55 0.0278 97.8 99.9 101.7 104.1 105.8 16 0.21 0.18 0.24 0.17 0.80 0.239 0.279 0.209 0.201 0.232 0.231 0.0228 1.1110 4.5 0.0851 707

9 1.670 40 0.0418 93.3 96.6 99.4 103.1 105.8 16 0.33 0.51 0.14 0.27 1.25 0.228 0.148 0.538 0.190 0.276 0.222 0.0342 1.1110 6.8 0.1330 490

10 1.920 35 0.0549 89.1 93.5 96.9 102.1 105.8 16 0.44 0.59 0.27 0.37 1.67 0.225 0.168 0.366 0.182 0.235 0.218 0.0450 1.1110 8.9 0.1777 379

11 1.780 50 0.0356 94.2 97.4 99.8 103.4 105.8 16 0.32 0.34 0.65 0.24 1.16 0.201 0.189 0.099 0.182 0.168 0.204 0.0292 1.1110 5.8 0.1234 626

12 1.820 40 0.0455 92.7 96.2 98.9 102.9 105.8 16 0.35 0.24 0.31 0.29 1.31 0.234 0.342 0.265 0.193 0.258 0.231 0.0373 1.1110 7.4 0.1394 432

13 1.620 35 0.0463 92.8 96.2 98.9 102.9 105.8 16 0.32 0.15 0.40 0.29 1.30 0.261 0.556 0.209 0.196 0.306 0.236 0.0379 1.1110 7.5 0.1383 415

14 1.800 30 0.0600 89.0 93.2 96.8 101.9 105.8 16 0.35 0.06 0.51 0.39 1.68 0.309 1.803 0.212 0.189 0.628 0.237 0.0492 1.1110 9.7 0.1787 319

15 1.860 26 0.0715 84.4 89.8 94.3 100.9 105.8 16 1.18 0.45 0.66 0.49 2.14 0.109 0.287 0.195 0.180 0.193 0.222 0.0586 1.1110 11.6 0.2277 286

16 1.640 30 0.0547 91.3 94.8 97.9 102.3 105.8 16 0.19 0.47 0.44 0.35 1.45 0.519 0.210 0.224 0.192 0.286 0.250 0.0448 1.1110 8.9 0.1543 332

17 1.930 30 0.0643 86.9 94.5 95.4 101.1 105.8 16 0.54 0.56 0.57 0.47 1.30 0.215 0.207 0.204 0.168 0.198 0.329 0.0527 1.1110 10.4 0.1383 215

18 1.870 25 0.0748 83.1 88.8 93.4 100.3 105.8 16 0.57 0.46 0.69 0.55 1.68 0.237 0.293 0.195 0.167 0.223 0.296 0.0613 1.1110 12.1 0.1787 205

19 1.980 23 0.0861 79.5 86.0 91.4 99.2 105.8 16 0.65 0.54 0.78 0.66 2.63 0.239 0.287 0.199 0.160 0.221 0.217 0.0706 1.1110 14.0 0.2798 243

20 1.990 20 0.0995 75.2 82.7 88.8 98.0 105.8 16 0.75 0.61 0.92 0.78 3.06 0.239 0.294 0.195 0.157 0.221 0.216 0.0816 1.1110 16.1 0.3255 211

21 1.420 30 0.0473 92.3 95.6 98.4 102.4 105.8 16 0.33 0.28 0.40 0.34 1.35 0.259 0.305 0.213 0.171 0.237 0.233 0.0388 1.1110 7.7 0.1436 412

22 1.700 50 0.0340 98.4 100.3 101.9 104.0 105.8 16 0.19 0.16 0.21 0.18 0.74 0.323 0.383 0.292 0.232 0.308 0.305 0.0279 1.1110 5.5 0.0787 438

23 1.600 36 0.0444 94.8 97.5 99.8 103.0 105.8 16 0.27 0.23 0.32 0.28 1.10 0.297 0.348 0.250 0.195 0.273 0.268 0.0364 1.1110 7.2 0.1170 381

24 1.580 45 0.0351 98.8 100.2 101.8 104.0 105.8 16 0.14 0.16 0.22 0.18 0.70 0.452 0.396 0.288 0.240 0.344 0.333 0.0288 1.1110 5.7 0.0745 388

25 1.600 35 0.0457 94.4 97.1 99.5 103.0 105.8 16 0.27 0.24 0.35 0.28 1.14 0.305 0.343 0.236 0.201 0.271 0.266 0.0375 1.1110 7.4 0.1213 373

26 1.720 25 0.0688 88.5 92.8 96.3 102.3 105.8 16 0.43 0.35 0.60 0.35 1.73 0.289 0.354 0.207 0.242 0.273 0.264 0.0564 1.1110 11.2 0.1840 250

27 1.660 30 0.0553 92.4 95.7 98.4 103.3 105.8 16 0.33 0.27 0.49 0.25 1.34 0.302 0.370 0.204 0.272 0.287 0.274 0.0454 1.1110 9.0 0.1426 299

28 1.620 40 0.0405 96.2 98.5 100.4 102.9 105.8 16 0.23 0.19 0.25 0.29 0.96 0.318 0.384 0.292 0.172 0.291 0.280 0.0332 1.1110 6.6 0.1021 400

29 1.770 35 0.0506 93.6 96.5 99.0 102.9 105.8 16 0.29 0.25 0.59 0.09 1.22 0.314 0.365 0.155 0.691 0.381 0.275 0.0415 1.1110 8.2 0.1298 326

30 1.860 30 0.0620 90.0 93.8 97.0 104.9 105.8 16 0.38 0.32 0.49 0.39 1.58 0.294 0.349 0.228 0.195 0.267 0.261 0.0508 1.1110 10.1 0.1681 281

31 1.860 30 0.0620 90.1 93.9 97.0 101.9 105.8 16 0.38 0.31 0.69 0.39 1.57 0.294 0.361 0.162 0.195 0.253 0.262 0.0508 1.1110 10.1 0.1670 279

32 1.730 45 0.0384 97.3 99.4 101.1 103.9 105.8 16 0.21 0.17 0.17 0.19 0.85 0.330 0.408 0.408 0.249 0.349 0.300 0.0315 1.1110 6.2 0.0904 393

Tabela 34. Izračunavanje Darsijevog koeficijenta filtracije K, Rejnoldosvog broja Re i koeficijenta trenja λ Adsorbensa I pri filtraciji Česmenske vode

7. PRILOZI


∆V ∆t Q Π1 Π2 Π3 Π4 Π5 t ∆Π1-

2 ∆Π2-

3 ∆Π3-

4 ∆Π4-

5 ∆Π1-

5 K1-2 K2-3 K3-4 K4-5 K1-5 sr K1-5 v ν Re I λ

lit sek l/s cm cm cm cm cm ° C dm dm dm dm dm dm/s dm/s dm/s dm/s dm/s dm/s dm/s 10-

4dm2/s / / /

1 1.720 60 0.0287 88.5 91.7 96.5 101.6 105.2 15.8 0.32 0.48 0.51 0.36 1.67 0.162 0.108 0.101 0.098 0.117 0.114 0.0235 1.1167 3.4 0.2062 1172

2 1.720 40 0.0430 79.6 84.7 92.2 99.9 105.2 14.9 0.51 0.75 0.77 0.53 2.56 0.152 0.103 0.101 0.100 0.114 0.112 0.0352 1.1430 4.9 0.3160 799

3 1.560 30 0.0520 74.6 81.0 90.2 99.3 105.2 14.6 0.64 0.92 0.91 0.59 3.06 0.147 0.102 0.103 0.108 0.115 0.113 0.0426 1.1490 5.9 0.3778 653

4 1.450 120 0.0121 98.7 100.4 102.7 104.5 105.4 14.8 0.17 0.23 0.18 0.09 0.67 0.128 0.095 0.121 0.165 0.127 0.120 0.0099 1.1342 1.4 0.0827 2647

5 1.700 50 0.0340 85.8 91.0 97.5 102.7 105.4 14.0 0.52 0.65 0.52 0.27 1.96 0.118 0.094 0.118 0.155 0.121 0.115 0.0279 1.7505 2.5 0.2420 978

6 1.440 45 0.0320 85.1 90.5 97.1 102.6 105.4 14.1 0.54 0.66 0.55 0.28 2.03 0.107 0.087 0.105 0.141 0.110 0.105 0.0262 1.1674 3.6 0.2506 1144

7 1.470 35 0.0420 76.2 85.4 94.2 101.7 105.4 14.0 0.92 0.88 0.75 0.37 2.92 0.082 0.086 0.101 0.140 0.102 0.095 0.0344 1.1674 4.7 0.3605 955

8 1.700 30 0.0567 71.8 80.1 91.2 100.5 105.4 14.0 0.83 1.11 0.93 0.49 3.36 0.123 0.092 0.110 0.142 0.117 0.112 0.0464 1.1674 6.4 0.4148 604

9 1.600 25 0.0640 65.4 76.8 88.8 99.5 105.4 14.0 1.14 1.20 1.07 0.59 4.00 0.101 0.096 0.108 0.133 0.110 0.106 0.0525 1.1674 7.2 0.4938 563

10 1.800 25 0.0720 65.5 76.2 88.3 99.3 105.4 14.0 1.07 1.21 1.10 0.61 3.99 0.121 0.107 0.118 0.145 0.123 0.120 0.0590 1.1674 8.1 0.4926 444

11 1.900 25 0.0760 61.3 72.9 85.9 98.1 105.4 14.0 1.16 1.30 1.22 0.73 4.41 0.118 0.105 0.112 0.128 0.116 0.114 0.0623 1.1674 8.5 0.5444 440

12 1.700 20 0.0850 60.4 72.2 85.4 97.8 105.4 14.0 1.18 1.32 1.24 0.76 4.50 0.130 0.116 0.124 0.138 0.127 0.125 0.0697 1.1674 9.5 0.5556 359

13 1.695 45 0.0377 89.6 93.8 98.2 102.5 105.9 16.4 0.42 0.44 0.43 0.34 1.63 0.162 0.154 0.158 0.136 0.153 0.153 0.0309 1.0997 4.5 0.2012 663

14 1.610 60 0.0268 94.3 97.3 100.4 103.3 105.9 16.4 0.30 0.31 0.29 0.26 1.16 0.161 0.156 0.167 0.127 0.153 0.154 0.0220 1.0997 3.2 0.1432 929

15 1.66 95 0.0175 99.0 100.7 102.5 104.5 105.7 16.1 0.17 0.18 0.20 0.12 0.67 0.185 0.175 0.158 0.179 0.174 0.173 0.0143 1.1082 2.1 0.0827 1266

16 1.580 60 0.0263 94.8 97.8 100.8 103.8 105.9 15.7 0.30 0.30 0.30 0.21 1.11 0.158 0.158 0.158 0.154 0.157 0.158 0.0216 1.1196 3.1 0.1370 923

17 1.620 45 0.0360 89.7 93.8 98.3 102.6 105.9 15.7 0.41 0.45 0.43 0.33 1.62 0.158 0.144 0.151 0.134 0.147 0.148 0.0295 1.1196 4.2 0.2000 721

18 1.200 40 0.0300 84.7 90.2 95.9 101.5 105.9 15.7 0.55 0.57 0.56 0.44 2.12 0.098 0.095 0.097 0.084 0.093 0.094 0.0246 1.1196 3.5 0.2617 1359

19 1.715 35 0.0490 79.5 86.2 93.4 100.4 105.9 15.7 0.67 0.72 0.70 0.55 2.64 0.132 0.123 0.126 0.110 0.123 0.123 0.0402 1.1196 5.7 0.3259 634

20 1.840 30 0.0613 75.1 83.2 91.4 99.6 105.9 15.7 0.82 0.82 0.82 0.63 3.09 0.136 0.135 0.135 0.120 0.131 0.132 0.0503 1.1196 7.2 0.3809 473

21 1.810 25 0.0724 71.0 79.7 89.4 98.8 105.9 15.7 0.87 0.97 0.94 0.71 3.49 0.150 0.135 0.139 0.125 0.137 0.138 0.0593 1.1196 8.5 0.4309 384

22 2.000 30 0.0667 71.6 80.2 89.7 98.9 105.9 15.7 0.86 0.95 0.92 0.70 3.43 0.140 0.127 0.131 0.117 0.129 0.129 0.0546 1.1196 7.8 0.4235 445

23 1.710 30 0.0570 79.1 86.0 93.4 100.6 105.9 15.7 0.69 0.74 0.72 0.53 2.68 0.149 0.139 0.143 0.132 0.141 0.141 0.0467 1.1196 6.7 0.3309 476

24 1.710 25 0.0684 74.7 82.6 91.3 99.1 105.9 15.5 0.79 0.87 0.78 0.68 3.12 0.156 0.142 0.159 0.123 0.145 0.146 0.0561 1.1254 8.0 0.3852 385

25 1.890 25 0.0756 69.0 78.4 88.6 98.4 105.9 16.0 0.94 1.02 0.98 0.75 3.69 0.145 0.134 0.139 0.124 0.135 0.136 0.0620 1.1110 8.9 0.4556 372

26 1.990 25 0.0796 66.7 76.4 87.4 97.9 105.9 16.0 0.97 1.10 1.05 0.80 3.92 0.148 0.130 0.137 0.122 0.134 0.135 0.0652 1.1110 9.4 0.4840 357

27 1.860 25 0.0744 73.6 81.8 90.8 99.4 105.9 16.0 0.82 0.90 0.86 0.65 3.23 0.164 0.149 0.156 0.141 0.152 0.153 0.0610 1.1110 8.8 0.3988 337

28 1.920 25 0.0768 70.3 79.4 89.3 98.8 105.9 16.0 0.91 0.99 0.95 0.71 3.56 0.152 0.140 0.146 0.133 0.143 0.143 0.0630 1.1110 9.1 0.4395 348

29 1.580 25 0.0632 76.6 84.2 92.3 100.2 105.9 16.0 0.76 0.81 0.79 0.57 2.93 0.150 0.141 0.144 0.136 0.143 0.143 0.0518 1.1110 7.5 0.3617 423

30 1.580 30 0.0527 83.6 89.4 95.6 101.6 105.9 16.0 0.58 0.62 0.60 0.43 2.23 0.164 0.153 0.158 0.151 0.156 0.157 0.0432 1.1110 6.2 0.2753 464

31 1.820 30 0.0607 79.4 86.2 93.6 100.9 105.9 16.0 0.68 0.74 0.73 0.50 2.65 0.161 0.148 0.150 0.149 0.152 0.152 0.0497 1.1110 7.2 0.3272 415

Tabela 35. Izračunavanje Darsijevog koeficijenta filtracijeK, Rejnoldosvog broja Re i koeficijenta trenja λ Adsorbensa II pri filtraciji Česmenske vode

7. PRILOZI



lit sek l/s cm cm cm cm cm ° C dm dm dm dm dm dm/s dm/s dm/s dm/s dm/s dm/s dm/s 10-4dm2/s / / /

1 1.550 60 0.0258 88.1 91.9 97.2 102.5 105.9 16 0.38 0.53 0.53 0.34 1.78 0.123 0.088 0.088 0.093 0.098 0.096 0.0212 1.1110 2.8 0.2198 1394

2 1.700 45 0.0378 78.0 84.0 92.4 100.8 105.9 16 0.60 0.84 0.84 0.51 2.79 0.114 0.081 0.081 0.091 0.092 0.090 0.0310 1.1110 4.0 0.3444 1022

3 1.790 40 0.0448 70.4 77.9 88.7 99.3 105.9 16 0.75 1.08 1.06 0.66 3.55 0.108 0.075 0.076 0.083 0.085 0.084 0.0367 1.1110 4.8 0.4383 927

4 1.840 35 0.0526 63.1 72.3 85.2 97.8 105.9 16 0.92 1.29 1.26 0.81 4.28 0.103 0.073 0.075 0.080 0.083 0.082 0.0431 1.1110 5.6 0.5284 810

5 1.770 30 0.0590 56.8 66.4 81.8 96.4 105.9 16 0.96 1.54 1.46 0.95 4.91 0.111 0.069 0.073 0.076 0.082 0.080 0.0484 1.1110 6.3 0.6062 737

6 1.970 30 0.0657 52.2 63.1 79.9 95.8 105.9 16 1.09 1.68 1.59 1.01 5.37 0.109 0.070 0.074 0.080 0.083 0.081 0.0538 1.1110 7.0 0.6630 651

7 1.690 35 0.0483 69.2 77.4 88.6 99.2 105.9 16 0.82 2.55 1.06 0.67 3.67 0.106 0.034 0.082 0.089 0.078 0.087 0.0396 1.1110 5.2 0.4531 823

8 1.530 40 0.0383 79.1 85.1 93.3 101.1 105.9 16 0.60 1.59 0.78 0.48 2.68 0.115 0.043 0.088 0.098 0.086 0.095 0.0314 1.1110 4.1 0.3309 958

9 1.720 35 0.0491 69.9 77.9 89.0 99.4 105.9 16 1.52 0.39 1.04 0.65 3.60 0.058 0.227 0.085 0.093 0.116 0.091 0.0403 1.1110 5.3 0.4444 779

10 1.650 30 0.0550 64.7 73.9 86.7 98.4 105.9 16 1.32 0.88 1.17 0.75 4.12 0.075 0.113 0.085 0.090 0.091 0.089 0.0451 1.1110 5.9 0.5086 712

11 1.860 30 0.0620 59.1 69.8 84.1 97.4 105.9 16 1.48 1.02 1.33 0.85 4.68 0.076 0.110 0.084 0.090 0.090 0.088 0.0508 1.1110 6.6 0.5778 636

12 1.850 30 0.0617 59.4 69.8 84.3 97.4 105.9 16 1.04 1.45 1.31 0.85 4.65 0.107 0.077 0.085 0.089 0.089 0.088 0.0505 1.1110 6.6 0.5741 639

13 1.640 30 0.0547 68.2 76.8 88.5 99.0 105.9 16 0.16 1.87 1.05 0.69 3.77 0.616 0.053 0.094 0.097 0.215 0.096 0.0448 1.1110 5.8 0.4654 659

14 1.860 30 0.0620 62.4 72.4 85.9 98.0 105.9 16 1.44 0.91 1.21 0.79 4.35 0.078 0.123 0.092 0.096 0.097 0.095 0.0508 1.1110 6.6 0.5370 592

15 1.680 25 0.0672 58.6 69.4 84.2 97.3 105.9 16 1.38 1.18 1.31 0.86 4.73 0.088 0.103 0.093 0.096 0.095 0.094 0.0551 1.1110 7.2 0.5840 548

16 1.640 26 0.0631 59.5 70.2 84.4 97.4 105.9 16 0.99 1.50 1.30 0.85 4.64 0.115 0.076 0.087 0.091 0.092 0.090 0.0517 1.1110 6.7 0.5728 610

17 1.730 31 0.0558 67.0 76.3 88.1 98.9 105.9 16 0.32 1.79 1.08 0.70 3.89 0.314 0.056 0.093 0.098 0.140 0.095 0.0457 1.1110 6.0 0.4802 653

18 1.660 25 0.0664 62.8 72.8 85.8 97.8 105.9 16 1.00 1.30 1.20 0.81 4.31 0.120 0.092 0.100 0.101 0.103 0.102 0.0544 1.1110 7.1 0.5321 511

19 1.860 25 0.0744 53.5 65.1 88.9 95.1 105.9 16 1.16 2.38 0.62 1.08 5.24 0.116 0.056 0.216 0.085 0.118 0.094 0.0610 1.1110 8.0 0.6469 495

20 1.900 36 0.0528 56.2 66.9 82.2 96.4 105.9 16 1.07 1.53 1.42 0.95 4.97 0.089 0.062 0.067 0.068 0.072 0.071 0.0433 1.1110 5.6 0.6136 933

21 1.450 46 0.0315 84.0 88.9 95.4 101.7 105.9 18 0.49 0.65 0.63 0.42 2.19 0.116 0.087 0.090 0.092 0.096 0.096 0.0258 1.0695 3.5 0.2704 1152

22 1.860 45 0.0413 77.8 84.2 92.4 100.4 105.9 18 0.64 0.82 0.80 0.55 2.81 0.116 0.091 0.093 0.092 0.098 0.098 0.0339 1.0695 4.6 0.3469 860

23 1.670 35 0.0477 74.6 81.4 90.9 99.9 105.9 18 0.68 0.95 0.90 0.60 3.13 0.127 0.091 0.096 0.098 0.103 0.101 0.0391 1.0695 5.3 0.3864 719

24 1.830 40 0.0458 75.0 82.0 91.1 99.8 105.9 16 0.70 0.91 0.87 0.61 3.09 0.118 0.091 0.095 0.092 0.099 0.098 0.0375 1.0695 5.1 0.3815 772

25 1.910 41 0.0466 75.4 82.2 91.3 99.9 105.9 16 0.68 0.91 0.86 0.60 3.05 0.124 0.092 0.098 0.095 0.102 0.101 0.0382 1.1110 5.0 0.3765 735

26 1.800 35 0.0514 72.1 79.7 89.8 99.4 105.9 16 0.76 1.01 0.96 0.65 3.38 0.122 0.092 0.097 0.097 0.102 0.101 0.0422 1.1110 5.5 0.4173 668

27 1.820 30 0.0607 73.0 80.4 90.0 99.3 105.9 16 0.74 0.96 0.93 0.66 3.29 0.148 0.114 0.118 0.113 0.123 0.122 0.0497 1.1110 6.5 0.4062 467

28 1.940 30 0.0647 70.6 78.5 88.8 98.8 105.9 16 0.79 1.03 1.00 0.71 3.53 0.148 0.113 0.117 0.112 0.122 0.122 0.0530 1.1110 6.9 0.4358 441

29 1.740 25 0.0696 65.4 74.5 86.3 99.8 105.9 16 0.91 1.18 1.35 0.61 4.05 0.138 0.106 0.093 0.140 0.119 0.114 0.0570 1.1110 7.4 0.5000 437

30 1.770 25 0.0708 65.8 74.9 86.4 97.9 105.9 16 0.91 1.15 1.15 0.80 4.01 0.140 0.111 0.111 0.109 0.118 0.117 0.0580 1.1110 7.6 0.4951 418

31 1.880 26 0.0723 65.5 74.8 86.3 97.8 105.9 16 0.93 1.15 1.15 0.81 4.04 0.140 0.113 0.113 0.110 0.119 0.119 0.0593 1.1110 7.7 0.4988 404

32 1.875 25 0.0750 65.5 74.8 86.2 97.8 105.9 16 0.93 1.14 1.16 0.81 4.04 0.145 0.119 0.117 0.114 0.124 0.123 0.0615 1.1110 8.0 0.4988 375

33 1.980 25 0.0792 61.8 71.9 84.4 96.9 105.9 16 1.01 1.25 1.25 0.90 4.41 0.141 0.114 0.114 0.108 0.120 0.119 0.0649 1.1110 8.5 0.5444 368

34 1.710 20 0.0855 58.5 68.5 82 95.9 105.9 16 1.00 1.35 1.39 1.00 4.74 0.154 0.114 0.111 0.105 0.121 0.120 0.0701 1.1110 9.1 0.5852 339

35 1.680 20 0.0840 56 66.7 81 95.4 105.9 16 1.07 1.43 1.44 1.05 4.99 0.142 0.106 0.105 0.098 0.113 0.112 0.0689 1.1110 9.0 0.6160 370

36 1.600 45 0.0356 89.8 93.5 98 102.8 105.9 16 0.37 0.45 0.48 0.31 1.61 0.173 0.142 0.134 0.141 0.148 0.147 0.0291 1.1110 3.8 0.1988 666

Tabela 36. Izračunavanje Darsijevog koeficijenta filtracije K, Rejnoldosvog broja Re i koeficijenta trenja λ Adsorbensa III pri filtraciji Česmenske vode

7. PRILOZI


∆V ∆t Q Π1 Π2 Π3 Π4 Π5 t ∆Π1-2 ∆Π2-3 ∆Π3-4 ∆Π4-5 ∆Π1-5 K1-2 K2-3 K3-4 K4-5 K1-5

sr K1-5 v ν Re I λ


4dm2/s / / /

OT

PA

DN

A V

OD

A I

1 1.620 80 0.0203 125.2 125.5 126.0 126.5 127.2 25 0.03 0.05 0.05 0.07 0.20 1.217 0.730 0.730 0.356 0.758 0.672 0.0166 1.1110 2.2 0.0213 220

2 1.740 45 0.0387 122.5 123.7 124.7 126.0 127.2 25 0.12 0.10 0.13 0.12 0.47 0.581 0.697 0.536 0.396 0.553 0.546 0.0317 1.1110 4.1 0.0500 142

3 1.640 70 0.0234 124.1 125.0 125.5 126.2 127.4 25 0.09 0.05 0.07 0.12 0.33 0.469 0.845 0.604 0.240 0.539 0.471 0.0192 1.1110 2.5 0.0351 271

4 1.320 110 0.0120 125.5 125.9 126.2 126.6 127.4 25 0.04 0.03 0.04 0.08 0.19 0.541 0.721 0.541 0.184 0.497 0.419 0.0098 1.1110 1.3 0.0202 594

5 1.780 80 0.0223 124.3 125.0 125.5 126.2 127.4 25 0.07 0.05 0.07 0.12 0.31 0.573 0.802 0.573 0.228 0.544 0.477 0.0182 1.1110 2.4 0.0330 282

6 1.700 110 0.0155 125.3 125.8 126.2 126.5 127.4 25 0.05 0.04 0.03 0.09 0.21 0.557 0.697 0.929 0.211 0.599 0.489 0.0127 1.1110 1.7 0.0223 396

7 1.600 50 0.0320 122.6 123.6 124.5 125.6 127.4 25 0.10 0.09 0.11 0.18 0.48 0.577 0.641 0.525 0.219 0.490 0.443 0.0262 1.1110 3.4 0.0511 211

8 1.740 80 0.0218 124.3 125.0 125.5 126.3 127.4 25 0.07 0.19 0.08 0.11 0.31 0.560 0.206 0.490 0.243 0.375 0.466 0.0178 1.1110 2.3 0.0330 295

9 1.510 70 0.0216 124.4 125.0 125.6 126.3 127.4 25 0.06 0.06 0.07 0.11 0.30 0.648 0.648 0.556 0.241 0.523 0.477 0.0177 1.1110 2.3 0.0319 290

10 1.820 50 0.0364 121.6 123.0 124.0 125.3 127.4 25 0.14 0.10 0.13 0.21 0.58 0.469 0.656 0.505 0.213 0.461 0.417 0.0298 1.1110 3.9 0.0617 197

11 1.480 60 0.0247 123.7 124.5 125.1 126.0 127.4 25 0.08 0.06 0.09 0.14 0.37 0.556 0.741 0.494 0.217 0.502 0.443 0.0202 1.1110 2.6 0.0394 274

OT

PA

DN

A V

OD

A I

I

1 1.640 90 0.0182 123.3 124.4 125.7 126.7 127.9 18 0.11 0.13 0.10 0.12 0.46 0.299 0.253 0.329 0.187 0.267 0.263 0.0149 1.0563 2.1 0.0489 624

2 1.620 50 0.0324 116.7 119.3 122.5 125.4 127.9 18 0.26 0.32 0.29 0.25 1.12 0.225 0.183 0.201 0.159 0.192 0.192 0.0266 1.0563 3.6 0.1191 481

3 1.380 60 0.0230 121.9 123.2 124.9 126.3 127.9 18 0.13 0.17 0.14 0.16 0.60 0.319 0.244 0.296 0.177 0.259 0.255 0.0189 1.0563 2.6 0.0638 511

4 1.430 40 0.0345 118.1 121.0 122.9 125.4 127.9 18 0.29 0.19 0.25 0.25 0.98 0.215 0.327 0.249 0.170 0.240 0.234 0.0283 1.0563 3.9 0.1043 371

5 1.880 35 0.0409 111.8 115.2 119.8 124.0 127.9 18 0.34 0.46 0.42 0.39 1.61 0.217 0.160 0.175 0.129 0.170 0.168 0.0335 1.0563 4.6 0.1713 434

6 1.530 60 0.0313 121.1 122.5 124.4 126.0 127.9 18 0.14 0.19 0.16 0.19 0.68 0.404 0.297 0.353 0.203 0.314 0.306 0.0257 1.0563 3.5 0.0723 312

7 1.740 42 0.0364 115.9 118.4 121.7 124.8 127.9 18 0.25 0.33 0.31 0.31 1.20 0.263 0.199 0.212 0.144 0.205 0.202 0.0299 1.0563 4.1 0.1277 407

8 1.400 60 0.0290 121.7 122.9 124.7 126.1 127.9 18 0.12 0.63 0.14 0.18 0.62 0.436 0.083 0.374 0.198 0.273 0.311 0.0238 1.0563 3.3 0.0660 332

9 0.780 50 0.0280 123.9 124.7 125.9 126.6 127.9 18 0.08 0.12 0.07 0.13 0.40 0.631 0.421 0.721 0.265 0.510 0.465 0.0230 1.0563 3.2 0.0426 230

10 1.460 50 0.0156 119.6 121.4 123.6 125.5 127.9 18 0.18 0.22 0.19 0.24 0.83 0.156 0.128 0.148 0.080 0.128 0.125 0.0128 1.0563 1.8 0.0883 1536

Tabela 37. Izračunavanje Darsijevog koeficijenta filtracije K, Rejnoldosvog broja Re i koeficijenta trenja λ Adsorbensa I pri filtraciji Otpadne vode I i Otpadne vode II

7. PRILOZI


∆V ∆t Q Π1 Π2 Π3 Π4 Π5 t ∆Π1-2 ∆Π2-3 ∆Π3-4 ∆Π4-5 ∆Π1-5 K1-2 K2-3 K3-4 K4-5 K1-5

sr K1-5 V ν Re I λ


4dm2/s / /

OT

PA

DN

A V

OD

A I

1 1.690 30 0.0563 116.8 119.2 122.1 124.5 124.6 24.0 0.24 0.29 0.24 0.01 0.78 0.423 0.350 0.423 6.926 2.031 0.480 0.0462 1.1167 6.6 0.0830 122

2 1.650 45 0.0367 120.6 122.2 124.1 125.6 127.6 24.0 0.16 0.19 0.15 0.20 0.70 0.413 0.348 0.441 0.225 0.357 0.348 0.0301 1.1430 4.2 0.0745 259

3 1.740 60 0.0290 122.1 123.4 124.9 126.1 127.6 24.0 0.13 0.15 0.12 0.15 0.55 0.402 0.349 0.436 0.238 0.356 0.350 0.0238 1.1490 3.3 0.0585 325

4 1.620 75 0.0216 123.5 124.4 125.5 126.5 127.6 24.0 0.09 0.11 0.10 0.11 0.41 0.433 0.354 0.390 0.241 0.354 0.350 0.0177 1.1342 2.5 0.0436 437

5 1.590 120 0.0133 124.9 125.4 126.2 126.7 127.6 24.0 0.05 0.08 0.05 0.09 0.27 0.478 0.299 0.478 0.181 0.359 0.326 0.0109 1.7505 1.0 0.0287 764

6 1.720 45 0.0382 115.5 116.3 118.7 120.4 127.6 24.0 0.08 0.24 0.17 0.72 1.21 0.862 0.287 0.405 0.065 0.405 0.210 0.0313 1.1674 4.3 0.1287 412

7 1.570 60 0.0262 118.0 119.2 120.9 121.9 127.6 24.0 0.12 0.17 0.10 0.57 0.96 0.393 0.278 0.472 0.056 0.300 0.181 0.0214 1.1674 2.9 0.1021 697

8 1.560 80 0.0195 120.3 121.3 122.4 123.2 127.9 24.0 0.10 0.11 0.08 0.47 0.76 0.352 0.320 0.440 0.051 0.290 0.170 0.0160 1.1674 2.2 0.0809 993

9 1.530 110 0.0139 122.4 123.1 124.0 124.5 127.9 24.0 0.07 0.09 0.05 0.34 0.55 0.358 0.279 0.502 0.050 0.297 0.168 0.0114 1.1674 1.6 0.0585 1413

10 1.520 60 0.0253 117.5 118.7 120.3 121.6 127.9 24.0 0.12 0.16 0.13 0.63 1.04 0.381 0.286 0.351 0.049 0.267 0.162 0.0208 1.1674 2.8 0.1106 805

11 1.780 90 0.0198 119.8 120.8 121.9 122.1 127.9 24.0 0.10 0.11 0.02 0.58 0.81 0.357 0.324 1.783 0.042 0.627 0.162 0.0162 1.1674 2.2 0.0862 1029

OT

PA

DN

A V

OD

A I

I

1 1.790 50 0.0358 111.0 114.2 118.9 123.2 127.9 18.0 0.32 0.47 0.43 0.47 1.69 0.202 0.137 0.150 0.094 0.146 0.141 0.0293 1.0563 4.4 0.1857 677

2 1.720 50 0.0344 111.4 114.5 119.2 123.4 127.9 18.0 0.31 0.47 0.42 0.45 1.65 0.200 0.132 0.148 0.094 0.143 0.138 0.0282 1.0563 4.3 0.1813 716

3 1.640 80 0.0205 117.9 119.9 122.7 125.1 127.9 18.0 0.20 0.28 0.24 0.28 1.00 0.185 0.132 0.154 0.090 0.140 0.136 0.0168 1.0563 2.5 0.1099 1222

4 1.680 35 0.0480 102.8 107.4 114.3 127.9 128.8 18.0 0.46 0.69 1.36 0.09 2.60 0.188 0.125 0.064 0.656 0.258 0.123 0.0393 1.0563 6.0 0.2857 579

5 1.560 50 0.0312 112.4 115.2 119.6 123.4 127.9 18.0 0.28 0.44 0.38 0.45 1.55 0.201 0.128 0.148 0.085 0.141 0.134 0.0256 1.0563 3.9 0.1703 818

6 1.660 85 0.0195 0.0195

118.1 119.9 122.8 125.1 127.9 18.0 0.18 0.29 0.23 0.28 0.98 0.196 0.121 0.153 0.086 0.139 0.132 0.0160 1.0563 2.4 0.1077 1319

7 1.450 50 0.0290 112.8 115.7 119.9 123.9 127.9 18.0 0.29 0.42 0.40 0.40 1.51 0.180 0.125 0.131 0.089 0.131 0.128 0.0238 1.0563 3.6 0.1659 922

8 1.740 35 0.0497 100.8 105.8 113.5 120.4 127.9 18.0 0.50 0.77 0.69 0.75 2.71 0.179 0.116 0.130 0.081 0.127 0.122 0.0407 1.0563 6.2 0.2978 563

9 1.720 50 0.0344 109.7 113.2 118.4 122.9 127.9 18.0 0.35 0.52 0.45 0.50 1.82 0.177 0.119 0.138 0.085 0.130 0.125 0.0282 1.0563 4.3 0.2000 790

10 1.840 35 0.0526 98.7 104.0 112.3 119.8 127.9 18.0 0.53 0.83 0.75 0.81 2.92 0.179 0.114 0.126 0.080 0.125 0.120 0.0431 1.0563 6.5 0.3209 542

11 1.700 40 0.0425 105.3 109.4 115.9 121.6 127.9 18.0 0.41 0.65 0.57 0.63 2.26 0.187 0.118 0.134 0.083 0.131 0.125 0.0348 1.0563 5.3 0.2484 642

Tabela 38. Izračunavanje Darsijevog koeficijenta filtracije K, Rejnoldosvog broja Re i koeficijenta trenja λ Adsorbensa II pri filtraciji Otpadne vode I i Otpadne vode II

7. PRILOZI




4dm2/s / / /

OT

PA

DN

A V

OD

A I

1 1.740 25 0.0696 96.6 104.3 112.0 119.0 127.5 16 0.77 0.77 0.70 0.85 3.09 0.163 0.163 0.179 0.101 0.151 0.150 0.0570 1.1110 11.3 0.3287 436

2 1.920 35 0.0549 104.3 110.0 115.9 121.3 127.5 16 0.57 0.59 0.54 0.62 2.32 0.174 0.167 0.184 0.109 0.158 0.157 0.0450 1.1110 8.9 0.2468 527

3 1.700 40 0.0425 109.5 114.0 118.7 122.9 127.5 16 0.45 0.47 0.42 0.46 1.80 0.170 0.163 0.182 0.114 0.157 0.157 0.0348 1.1110 6.9 0.1915 681

4 1.680 35 0.0480 117.4 120.0 122.5 125.0 127.5 16 0.26 0.25 0.25 0.25 1.01 0.333 0.346 0.346 0.236 0.315 0.316 0.0393 1.1110 7.8 0.1074 300

5 1.660 80 0.0208 119.5 121.5 123.5 125.4 127.6 16 0.20 0.20 0.19 0.22 0.81 0.187 0.187 0.197 0.116 0.172 0.170 0.0170 1.1110 3.4 0.0862 1286

6 1.700 150 0.0113 123.3 124.4 125.5 126.5 127.6 16 0.11 0.11 0.10 0.11 0.43 0.186 0.186 0.204 0.127 0.176 0.175 0.0093 1.1110 1.8 0.0457 2288

7 1.790 80 0.0224 118.5 120.8 123.0 125.2 127.6 16 0.23 0.22 0.22 0.24 0.91 0.175 0.183 0.183 0.115 0.164 0.163 0.0183 1.1110 3.6 0.0968 1242

8 1.800 40 0.0450 107.8 112.8 118.0 122.5 127.6 16 0.50 0.52 0.45 0.51 1.98 0.162 0.156 0.180 0.108 0.152 0.151 0.0369 1.1110 7.3 0.2106 668

9 1.570 60 0.0300 116.9 119.8 122.5 125.0 127.6 16 0.29 0.27 0.25 0.26 1.07 0.187 0.200 0.216 0.142 0.186 0.186 0.0246 1.1110 4.9 0.1138 813

10 1.390 90 0.0174 121.5 123.0 124.6 126.1 127.6 16 0.15 0.16 0.15 0.15 0.61 0.210 0.197 0.210 0.143 0.190 0.190 0.0143 1.1110 2.8 0.0649 1370

11 1.550 180 0.0077 124.3 125.2 126.0 126.9 127.6 16 0.09 0.08 0.09 0.07 0.33 0.155 0.174 0.155 0.136 0.155 0.155 0.0063 1.1110 1.3 0.0351 3782

12 1.260 180 0.0086 124.9 125.5 126.0 127.0 127.6 16 0.06 0.05 0.10 0.06 0.27 0.259 0.311 0.155 0.176 0.225 0.212 0.0071 1.1110 1.4 0.0287 2489

13 1.760 55 0.0229 113.2 117.0 121 124.2 127.6 16 0.38 0.39 0.33 0.34 1.44 0.109 0.106 0.125 0.083 0.106 0.106 0.0188 1.1110 3.7 0.1532 1875

OT

PA

DN

A V

OD

A I

I

1 1.460 50 0.0292 98.0 105.0 112.2 123.6 127.9 18 0.70 0.72 1.14 0.43 2.99 0.075 0.073 0.046 0.083 0.070 0.065 0.0239 1.0563 3.3 0.3181 1580

2 1.650 40 0.0413 81.2 92.2 103.8 121.4 127.9 18 1.10 1.16 1.76 0.65 4.67 0.068 0.064 0.042 0.078 0.063 0.059 0.0338 1.0563 4.6 0.4968 1236

3 1.480 25 0.0592 56.9 73.0 90.9 118.3 127.9 18 1.61 1.79 2.74 0.96 7.10 0.066 0.060 0.039 0.076 0.060 0.055 0.0485 1.0563 6.7 0.7553 913

4 1.640 45 0.0364 87.4 97.5 107.7 122.4 127.9 18 1.01 1.02 1.47 0.55 4.05 0.065 0.064 0.045 0.081 0.064 0.060 0.0299 1.0563 4.1 0.4309 1374

5 1.840 25 0.0736 33.0 57.8 81.3 115.8 127.9 18 2.48 2.35 3.45 1.21 9.49 0.054 0.056 0.038 0.075 0.056 0.051 0.0603 1.0563 8.3 1.0096 789

6 1.620 30 0.0545 0.0540

64.0 80.8 97.3 119.6 127.9 18 1.68 1.65 2.23 0.83 6.39 0.058 0.059 0.044 0.080 0.060 0.056 0.0443 1.0563 6.1 0.6798 987

7 1.880 28 0.0671 44.0 65.8 87.6 117.2 127.9 18 2.18 0.68 2.96 1.07 8.39 0.056 0.178 0.041 0.077 0.088 0.053 0.0550 1.0563 7.6 0.8926 838

8 1.800 30 0.0600 58.4 77.4 95.4 118.9 127.9 18 1.90 2.96 2.35 0.90 6.95 0.057 0.037 0.046 0.082 0.055 0.057 0.0492 1.0563 6.8 0.7394 870

9 1.710 25 0.0684 46.5 68.4 89.5 117.2 127.9 18 3.09 1.21 2.77 1.07 8.14 0.040 0.102 0.045 0.079 0.066 0.056 0.0561 1.0563 7.7 0.8660 784

10 1.750 25 0.0700 47.7 69.8 90.5 117.2 127.9 18 2.07 2.21 2.67 1.07 8.02 0.061 0.057 0.047 0.080 0.061 0.058 0.0574 1.0563 7.9 0.8532 737

11 1.430 25 0.0572 67.4 84.7 100.3 119.4 127.9 18 0.24 3.05 1.91 0.85 6.05 0.430 0.034 0.054 0.083 0.150 0.063 0.0469 1.0563 6.4 0.6436 833

Tabela 39. Izračunavanje Darsijevog koeficijenta filtracijeK, Rejnoldosvog broja Re i koeficijenta trenja λ Adsorbensa III pri filtraciji Česmenske vode I i Česmenske

vode II

7. PRILOZI


7.2. TABELARNI PRIKAZ REZULTATA TRETMANA VODE PLAZM A REAKTOROM NA BAZI DIJELEKTRICNOG BARIJERNOG PRAŽNJE NJA (DBP) ORGINALNE KONSTRUKCIJE Korišćenjem standardnih programskih paketa tabelarno su prikazani rezultati tretmana

vode plazma reaktorom na bazi Dijelektricnog barijernog pražnjenja (DBP) orginalne konstrukcije (DBP).

7. PRILOZI


otpa

dna

voda

07

.febr

uara

20

08 g

.

posl

e ka

gula

cije

08.

fe

brua

ra 2

008

g.

08 februar 2008 g.I prolaz kroz generator 09 februar 2008 g.I prolaz kroz generator

10 februar 2008 g.I prolaz kroz generator

Vreme merenja 16 05 16 30 17 45 23 00 11 00 15 00 16 00 21 40 22 25 22 40 09 40 10 30 15 45 15 50

Proteklo vremena u satima od tretiranja vode DBD-om u I

prolazu

-5.00 0.00 0.42 1.67 6.92 18.92 22.92 23.92 29.58 30.33 30.58 41.58 42.42 47.67 47.75

MDK*

1 TSS/

Ukupne sus.

materije

[[ [[mg/

l ]] ]]

500

4500 570 635 1320 300 310 118 172 260 1210 340 515 131 655 305 375

2 COD/ HPK

[[ [[mg

O2/

l ]] ]]

450

6050 1600 1600 1800 725 1150 595 690 800 1860 1270 1620 650 1560 1190 1440

3 BOD/ BPK5 [[ [[m

g O

2/l ]] ]]

300

1740 500 500 560 226 355 176 208 248 575 385 500 196 485 360 440

4 NO3-N;/nitrat [[ [[m

g/l ]] ]]

30

1320 565 585 640 272 375 184 222 280 870 415 555 200 590 385 465

5 TOC/

ukupan organski

C

[[ [[mg/

l ]] ]]

860 1120 1010 1230 506 1020 840 840 690 1310 1270 1260 880 1200 1340 1350

Tabela 40. Pregled promena fizičko hemijskih karakteristika otpadne vode mlekare P I (uzorkovane 07. februara 2008 g.) tretirane plazma

reaktorom na bazi Dijelektricnog barijernog pražnjenja (DBP)- I prolaz kroz reaktor, mereno 08-10. 02. 2008g.

7. PRILOZI


Siro

va o

tpad

na

voda

07.

febr

uara

20

08 g

.

Otp

ana

voda

po

sle

kagu

laci

je

08. f

ebru

ara

2008

g.

08 februar 2008 g.II prolaza kroz

generator

09 februar 2008 g.II prolaza kroz generator

10 februar 2008 g.II prolaza kroz generator

Vreme merenja

17 00 17 30 23 15 11 17 15 25 16 25 21 55 09 55 10 55 11 00 16 05 16 00 16 20

MDK*

1

TSS/ Ukupne

sus. materije [m

g/l]

500

4500 570 575 170 182 1040 385 620 500 560 172 270 405 415 405

2 COD/ HPK [m

g

O2/

l]

450

6050 1600 1450 715 920 310 1260 1660 1680 1640 605 1220 1320 1460 1440

3 BOD/ BPK5 [m

g

O2/

l]

300

1740 500 455 218 276 340 385 520 520 505 184 365 410 450 445

4 NO3-N;/nitrat [m

g/l]

30

1320 565 535 770 282 380 425 1120 590 575 204 385 450 485 412

5 TOC/

ukupan organski

C [mg

/l]

- 860 1120.0 940.0 1050.0 - 1100.0 137.0 1360.0 1360.0 625.0 1720.0 1150.0 1520.0 1350.0

Tabala 41. Pregled promena fizičko hemijskih karakteristika otpadne vode mlekare P II (uzorkovana 07. 02. 2008 g.) tretirane plazma

reaktorom na bazi Dijelektricnog barijernog pražnjenja (DBP)- II prolaza koz reaktor, mereno 08-10 januar 2008

7. PRILOZI


Siro

va o

tpad

na v

oda

07.fe

brua

ra 2

008

g.

Otp

ana

voda

pos

le

kagu

laci

je 0

8.

febr

uara

200

8 g.

08 fe

brua

r 20

08 g

.III

prol

aza

kroz

ge

nera

tor

09 februar 2008 g.III prolaza kroz generator

10 februar 2008 g.III prolaza kroz generator

Vreme merenja 0.00 18 00 23 30 11 24 15 46 22 10 10 10 10 50 11 10 16 40 16 45 16 50 17 10

Proteklo vremena u satima od trenutka

tretiranja vode plazmom u III prolazu

-5.00 0.50 6.00 17.90 22.27 28.67 40.67 41.33 41.67 47.17 47.25 47.33 47.67

Proteklo vremena u satima od trenutka

tretiranja vode plazmom u I prolazu

-5.00 1.92 7.42 19.32 23.68 30.08 42.08 42.75 43.08 48.58 48.67 48.75 49.08

MDK*

1 TSS/

Ukupne sus.

materije [mg

/l]

500

4500 570 182 630 143 615 435 254 315 485 625 745 544 525

2 COD/ HPK

[mg

O2/

l]

450

6050 1600 695 2020 610 1660 1600 1110 1170 1520 1680 1900 1664 1470

3 BOD/ BPK5

[mg

O2/

l]

300

1740 500 210 625 186 520 490 335 350 470 525 595 512 455

4 NO3-N;/nitrat [m

g/l]

30

1320 565 228 685 194 595 520 355 390 525 610 695 576 525

5 TOC/

ukupan organski

C [mg

/l]

- 860 1120.0 840.0 1580.0 705.0 1110.0 1600.0 1380.0 1470.0 1540.0 1480.0 1390.0 1344.0 1220.0

Tabala 42. Pregled promena fizičko hemijskih karakteristika otpadne vode mlekare P III (uzorkovana 07. 02. 2008 g.) tretirane plazma reaktorom na bazi Dijelektricnog barijernog pražnjenja (DBP)- III prolaza koz reaktor, mereno 08-10. 02. 2008g.

8.LISTA SKRAĆENICA


8. Lista skraćenica

Navedene oznake su protumačene i neposredno u tekstu, pri prvom javljajnu. A - površina poprečnog preseka kolone (dm2) AI- Adsorbens I AII Adsorbens II AIII- Adsorbens III A I otpadna voda- otpadna voda uzorkovana za potrebe propuštanja otpadnih voda kroz

plazma reaktoro na bazi dijelektricnog barijernog pražnjenja (DBP) posle predtretmana kroz reaktor propuštena jedanput

A II otpadna voda- otpadna voda uzorkovana za potrebe propuštanja otpadnih voda mlekare kroz plazma reaktorom na bazi dijelektricnog barijernog pražnjenja (DBP) posle predtretmana kroz jonizator propuštena dva puta

B otpadna voda- otpadna voda uzorkovana za potrebe propuštanja otpadnih voda mlekare kroz plazma reaktorom na bazi dijelektricnog barijernog pražnjenja (DBP) posle predtretmana kroz jonizator propuštena jedanput

AOPs- Advanced oxidation prcesses (unapreñenih oksidaconih procesa), AS I otpadna voda- otpadna voda uzorkovana za potrebe propuštanja otpadnih voda kroz

plazma reaktorom na bazi dijelektricnog barijernog pražnjenja (DBP) AS II otpadna voda- otpadna voda uzorkovana za potrebe propuštanja otpadnih voda

kroz plazma reaktorom na bazi dijelektricnog barijernog pražnjenja (DBP)

8.LISTA SKRAĆENICA


BS otpadna voda - otpadna voda uzorkovana za potrebe propuštanja otpadnih voda kroz plazma reaktorom na bazi dijelektricnog barijernog pražnjenja (DBP)

BPK- biološka potrošnja kisonika (mg O2/l) BPK5- biološka potrošnja kisonika za pet dana (mg O2/l) BOD- biološke potrošnje kiseonika, Biological Oxygen Demand (mg O2/l) cca – cirka, oko, otprilike CLI – klinoptilolit COD- hemijske potrošnje kiseonika, Chemical Oxygen Demand (mg O2/l) ČV - česmenska voda DBP- dielektrično barijerno pražnjenje, plazma reaktorom na bazi Dijelektricnog

barijernog pražnjenja (DBP) orginalne konstrukcije d- prečnik zrna poroznog materijala (m1) de- efektivnan prečnik zrna poroznog materijala (cm1/dm1) ds- otvori sita pri prosejavanju mineralne mešavine zeolita (mm1) E1- centralna cilindrična elektroda zatvorenog elektrodnog sistema za direktnu

ozonizaciju vode E2– spoljašnja elektroda i izolatora od stakla zatvorenog elektrodnog sistema za direktnu ozonizaciju vode F – feldspat g - ubrzanje zemljine teže (dm/s2) HAS- hidratisani aluminosilikati, supstance koje sadrže aluminijum u obliku Al2O3 i

silicijum u obliku SiO2, HPK- hemijska potrošnja kisonika (mg/l) HTAB- hexadecyltrimethylammonium bromida HZ-HR suspenzija hladan zeolit – hladan rastvor HZ-TR suspenzija hladan zeolit – topao rastvor I- pad pijezometraske linije I= ∆Π/∆S (/) JAR testovi- procedure odrñivanja optimalne koncetracije kagulanta i flokulanta pri

tretmanu voda, JAR test procedure for precipitants, coagulants & flocculants KKI- ukupni kapacitet katjonske izmene K- Darsijevi koeficijenti filtracije (m/s),

KMK - kriti čna micelarna koncentracija koncentracija pri kojoj dolazi do formiranja micela

M- mlekara MDK – maksimalno dozvoljene koncentracije (Pravilnik o tehničkim i sanitarnim

uslovima za upuštanje otpadnih voda u gradsku kanalizaciju grada Beograda ("Sl. list grada Beograda, 1986.).

n- koeficijent poroznosti n= ∆Vs/∆V, poroznost Nt- ukupni azot; mg/l ODM- odvajač masti pilot postrojenja OV I- Otpadna voda I, uzorkovana za potrebe filtracije OV II- Otpadna voda II, uzorkovana za potrebe filtracije PKB- Poljoprivrednog kombinata Beograd PKP- posudu za održavanje konstantnog pritiska u koloni pilot postrojenja PS- prepumpni sud pilot postrojenja Π- pijezometarska kota (m1)

P- pumpa zatvorenog elektrodnog sistema za direktnu ozonizaciju vode

8.LISTA SKRAĆENICA


P otpadna voda- otpadna voda uzorkovana za potrebe propuštanja otpadnih voda kroz elektrodni sistem plazma reaktorom na bazi dijelektricnog barijernog pražnjenja (DBP)

PS-proizvodnja sira PJ-proizvodnja jogurta Pt- ukupni fosfor (mg/l) P I otpadna voda- otpadna voda mlekare uzorkovana za potrebe propuštanja otpadnih

voda kroz elektrodni sistem plazma reaktorom na bazi dijelektricnog barijernog pražnjenja (DBP) posle predtretmana kroz jonizator propuštena jedanput

P II otpadna voda- otpadna voda mlekare uzorkovana za potrebe propuštanja otpadnih voda kroz elektrodni sistem plazma reaktorom na bazi dijelektricnog barijernog pražnjenja (DBP) posle predtretmana kroz jonizator propuštena dva puta

P III otpadna voda- otpadna voda mlekare uzorkovana za potrebe propuštanja otpadnih voda kroz elektrodni sistem plazma reaktorom na bazi dijelektricnog barijernog pražnjenja (DBP) posle predtretmana kroz jonizator propuštena tri puta

Re- Rejnoldsov broj Re (/) RX- Površinske aktivne supstance su amfipatička jedinjenja i mogu da se prikažu opštom

formulom R1- gornji rezervoar zatvorenog elektrodnog sistema za direktnu ozonizaciju vode R2- donji rezervoar zatvorenog elektrodnog sistema za direktnu ozonizaciju vode SAD- Sjedinjene američke država SDBA- stearil-dimetil-benzil-amonium-hlorid- kvaternarna amonijumova so SEU- Savet Evropske Unije SKKI- spoljašnji kapacitet katjonske izmene SRS- Socijalistićka republika Srbija Sl. list- Službeni list TGA/DTA- Metoda termogravimetrijske i diferencijalno termičke analize, rengenska

analiza termički tretiranih uzoraka zeolita i organo-zeolita TO4- najednostvnija primarna gradivna jedinica klinoptilolita ili zeolita: tetraedar u kome

četiri jona kiseonika okružuju centralni jon (T) Si4+ ili Al 3+

TOC - ukupan organski ugljenik, Total Organic Carbon (mg/l) TSS - ukupno suspendovanih čvrstih čestica, Total Suspended Solids (mg/l) TZ-HR- suspenzija topao zeolit – hladan rastvor TZ-TR- suspenzija topao zeolit – topao rastvor t- temparatura (°C) UV- ultraviolentno, UV zračenjem vs- stvarna brzina vs= Q/n·A (m/s), stvarna brzina kretanja čestica vode v- Darsijeva brzina v= Q/A (m/s), Darsijeva brzina kretanja čestica vode Vode I P, II P, III P, A I, A II, B- uzorci vode tretirane jonizatorom Z- uzorak zeolita q- protok vode po m2(m3/h/m2/1; l/s/m2/1) Qsr časovno- protok vode (m

3/h) Qsr min - protok vode (m3/min) Qsr sec - protok vode (m

3/s) XRPD- Metoda rendgenske difrakcije, odreñivanje mineralnog sastava polaznog uzorka

zeolita

8.LISTA SKRAĆENICA


XNR1R2R3R4 - kvaternarne amonijum soli DVs - zapremina šupljina u poroznoj sredini (m3) DV - ukupno posmatrana zapremina porozne sredine (m3) ∆Π- razlika izmerenih pijezometarskih kota odgovarajućih preseka pri strujanu vode kroz

poroznu sredinu (m1) ∆Si - rastojanje odgovarajućeg odgovarajućih preseka u kojima se mere

pijezometarske kote (dm1) λ-.koeficijent otpora (/) ν- kinematskog koeficijenta viskozitet (m2/s)

9 .LITERATURA


9. Literatura

1. UN Web Services Section, Department of Public Information, United Nations 2006UN Web Services Section. 2006 [cited 03.08.2009] Available from (www.un.org/waterforlifedecade/)

2. Ministarstvo za nauku i tehnološki razvoj Republike Srbije. Miloradov M. Nacionalni program primenjivih i razvojnih istraživanja ureñenja, zaštite I korišćenja voda u Srbiji motiv zasnivanja nacionalnog programa [dokument on the Internet] Beograd [cited 22.09.2009] Available from www.nauka.gov.rs/lat/images/stories/tehnoloski.../rezime_lat.pdf

3. Miloradov M, Marjanović P, Bogdanović S. Metodologija za izradu integralnog katastra zagañivača životne sredine. Beograd: Agora; 1995.

4. Dalmacija B, Benak J, Karlović E. Metodologija ispitivanja i karakterizacija industrijskih i komunalnih otpadnih voda. Udruženje za tehnologiju vode i sanitarno inženjerstvo. Otpadne vode i čvrsti otpad; 1997, Budva..

5. Berg van den L, Kennedy KJ. Dairy waste treatment with anaerobic stationary fixed film reactors. Water Sci. Technol. 1983; 15:359-68.

6. Kasapgil B, Anderson GK, Ince O. An investigation into pre-treatment of dairy wastewater prior to aerobic biological treatment. Water Sci. Technol. 1994; 29(9):205-12.

7. Koyuncu I, Turan M, Topacik D, Ates A. Application of low pressure nanofiltration membranes for the recovery and reuse of dairy industry effluents. Water Sci. Technol. 2000; 41(1):213-21.

8. Harper WJ. Implant control of dairy wastes. Food Technol; 1974; 28:50-5. 9. Rusten B, Odegaard H, Lundar A. Treatment of dairy wastewater in a novel

moving bed biofilm reactor. Water Sci. Technol. 1992; 26(3/4):703-11.

9 .LITERATURA


10. Mirko Popović, Ivanka Brković- Popović, Savremeni postupci prečišćavanja komunalnih otpadnih voda, Otpadne vode i čvrsti otpad, Budva, 1997.

11. D Ljubisavlejvić, A Đukić, B Babić. Poreklo otpadnih voda i njihov uticaj na životnu sredinu. Prečišćavanje otpadnih voda. Beograd: Grañevinski fakultet Univerziteta u Beogradu; 1995. s. 25- 28.

12. Petrović P, Vukadinović R. Savremeni postupci prečišćavanja otpadnih voda u službi zaštite čovekove okoline. Otpadne vode i čvrsti otpad Budva, 1997.god.

13. Milojević M. Snabdevanje vodom i kanalisanje naselja. Treće izdanje. Beograd: Grañevinski fakultet Univerziteta u Beogradu, Naučna knjiga; 1987. s. 217.

14. Flanigen E. M. Adsorption properties of molecular sieve zeolites. U W.G. Pond i F. A. Mumpton (urednici) Zeo- agriculture, Int. Comm. Natural Zeolites, Brockport, New Uork, 1984. s: 45-54

15. Rytwo G, Nir S, Margulies L. Soil Science Society of Amerika Journal, 59, 1995, pp. 554-564

16. Hiemenz, P.C., Principles of Colloid and Surface Chemistry. Marcel Dekker Inc., New York, 1986, pp. 427-488

17. Adamson, A.W., Physical Chemistry of Surface. John Wiley and Sons, New York, 1982, pp. 449-451

18. Sulliven, E.J., Hunter, D.B., Bowman, R.S., Clays and Clay Minerals, 45, 1997, 1, pp. 42-53

19. Hunter, R.J., Introduction to Modern Colloid Science, Oxford University Press, Oxford, 1993, pp. 262-298

20. Bowman, R.S., Sulliven, E.J., Li Z., Naples Zeolite Meeting '97, Inter. Symp. On Natural Zeolite, 1997, pp. 81-83

21. Huggerty, G.M., Bowman, R.S., Environ. Sci. Technol., 28, 1994, 3, pp. 452-458 22. Barrer, R.M., Clays and Clay Minerals, 37, 1989, pp. 385-395 23. Manne, S., Gaub, H.E., Science, 270, 1995, pp. 1480-1482 24. Xu, S., Boyd, S.A., Soil Science Society of Amerika Journal, 58, 1994, pp. 1382-

1391 25. Xu, S., Boyd, S.A., Langmuir, 11, 1995, pp. 2508-2514 26. Booker, A.N., Cooney, L.E., Priestley, J.A., Water Sci. Technol., 34, 1996, pp.

17-24 27. Baykal, B.B., Guven, D.A., Water Sci. Technol., 35, 1997, pp. 47-54 28. Ouki, K.S., Kavannagh, M., Waste Manage. Res., 15, 1997, pp. 383-394 29. Baykal, B.B., Water Sci. Technol., 37, 1998, pp. 235-242 30. Cooney, E.L., Booker, N.A., Shallcross D.C., Steven G.W., Separ. Sci. Technol.,

34, 1999, pp. 2307-2327 31. Aral, N., Gunay, A., Sevimoglu, M., Cali, M., Debik, E., Frensen. Environ. Bull.,

8 (5–6), 1999, pp. 344–349 32. Galindo, C., Ming, D.W., Carr, M.J., Morgan, A., Pickering, K.D., C. Collela and

F. A. Mumpton, Natural zeolites for the third millenium, De Frede Editore, Napoli, 2000, pp. 363-371

33. Rozić, M., Cerjan-Stefanović, Š., Ćurković, L., Croatia Chemica Acta, 75, 2002, pp. 255-269

9 .LITERATURA


34. Stefanović D. Uticaj prirodnih aluminosilikata na poboljšanje kvaliteta otpadnih voda mlekare AD “Imlek”. Magistarski rad. Novi Sad: Centar za interdisciplinarne i multidisciplinarne studije Univerziteta u Novom Sadu; 2004.

35. Tarasevich, Yu.I., Polyakov, V.E. (1985): Pilot plant study for removal of ammonia from drinking water with natural zeolite 483, Occurrence, Properties and Utilization of Natural zeolites, Zeolite '85, Budapest, Hungary

36. Li, Z., Bowman, R.S., Enviromental Science and Technology, 31, 1997, pp. 2407-2412

37. Sheng, G., Boyd, S.A., Clays and Clay Minerals, 46, 1997, pp. 10-17 38. Vujaković, A., Tomašević-Čanović M., Daković, A., Dondur, V., Applied Clay

Science, 17, 2000, pp. 265-277 39. Li, Z., Anghel, I., Bowman, R.S., J. Dispersion Sci. Technol., 19, 1998, pp. 843-

857 40. Huddleston, R.G., Hydrology Open File Report No. H90-8, New Mexico Institute

of Mining and Technology, Soccoro, NM, 1990 41. Popovici, E., Vatajanu, A., Anastasiu, A., Natural Zeolites, Sofia ’95, 1995, pp.

61-64 42. Bowman, R.S., Haggerty, G.M., Huddleston, R.G., Neel, D., Flyn, M.M., ACS

Symposium Series 594, Washington, 1995, pp. 54-64 43. Li, Z., Bowman, R.S., Enviromental Science and Technology, 32, 1998, pp. 2278-

2282 44. Zhang, P., Tao, X., Li, Z., Bowman, R.S., Environ. Sci. Technol., 36, 2002, pp.

3597-3603 45. Bowman, R.S., Microporous Mesoporous Mat., 61, 2003, pp. 43-56 46. Marković, V., Jovanović, A., Lemić, J., Tomašević-Čanović, M., IV

Jugoslovenski simpozijum, Hemija i zaštita životne sredine, Zrenjanin, Jugoslavija, 2001, pp. 367-369

47. Langlais B, Reckhow DA, Brink DR. Ozone in Water Treatment- Application and Engineering, Chelsea: Lewis, (1991), 11-31

48. Gottschalk C Libra JA, Saupe A. Ozonation of water and waste water: a practical guide to understand ozone and its application, EILEY-VCH, Weinheim (2000), 21- 48

49. Stefanović D, Vojnović- Miloradov M, Lemić J, Kurajica M, Kovačević D Merenje fizičko hemijskih karakteristika otpadnih voda mlekare, Veterinarski glasnik volumen 63 broj 5-6, 2008, 395- 403

50. Batinić B. Strujanje u poroznoj sredini. Hidraulika. Beograd: Grañevinski fakultet Univerziteta u Beogradu; 1994. s. 157-165.

51. Schollenberger, C. J., Simon, R. H., Soil Science, 59, 1945, pp. 13-24 52. Ming DW, Dixon JB. Clays and Clay Minerals, 35, 1987, pp. 463-468 53. Manojlović D, Ostojić DR, Obradović BM, Kurajica MM, Krsamnović VD, Purić

J. Removal of phenol and chlorophenols from water by new ozone generator. Desalination. 2006; 213:116-2

54. Lemić, J., Tomašević-Čanović, M., Đuričić, M., Stanić, T., Journal of Colloid and Interface Science 292, 2005, pp. 11-19

55. Powder Diffraction File, Joint Committee on Powder Diffraction Standards, Centre for Diffraction Data, Swarthmore, PA, 1988

9 .LITERATURA


56. Radosavljević-Mihajlović, A., Karakterizacija i stabilnost dealuminisanih klinoptilolitskih tufova različitih ležišta; Magistarska teza, Fakultet za fizičku hemiju, Univerzitet u Beogradu, 2004

57. Powder Diffraction File, Joint Committee on Powder Diffraction Standards, Centre for Diffraction Data, Swarthmore, PA, 1988

58. Mercer, B.W., Ames, L.L., Sand, L.B., Mumpton, F.A., Natural Zeolites, Occurrence, Properties and Use. Pergamon, New York, 1978, pp. 48.

59. World Bank Group. Pollution Prevention and Abatement Handbook. Dairy Industry. 1998:295-297

60. Craggs RJ, Tanner CC, Sukias JP, Davies-Collez RJ. Dairy farm wastewater treatment by an advanced pond system. Water Sci Technol. 2003; 48(2):291-7.

61. Bickers PO, Bhamidimarri R, Shepherd J, Russell J. Biological phosporus removal from a phosphorus-rich dairz processing wastewater. Water Sci Technol. 2003; 48(8):43-51.

62. Stefanović D, Božidar B, Vojnović MM, Lemić J. Filtracija vode kroz stub adsorbensa prirodnih aluminosilikata, 37 konferencija o koriščenju i zaštiti voda 2008, Mataruška Banja 2008, 415- 422

63. Hajdin G. Opisivanje strujanja bezdimenzionalnim veličinama. Mehanika fluida knjiga prva osnove. Peto izdanje. Beograd: Grañevinski fakultet Univerziteta u Beogradu; 2002. s.178- 208.

64. Stefanović D. Uticaj prirodnih aluminosilikata na poboljšanje kvaliteta otpadnih voda - Darsijevi koeficijenti filtracije, Meñunarodni naučni skup Zivotna sredina danas,, Beograd, Ekologica Naučno – stručno društvo za zaštitu životne sredine srbije 21 – 23. April 2008. g., Beograd, 91

65. Kurajica MM, Obradović BM, Manojlović D, Ostojić DR, Purić J. Ozonized water generator based on coaxial dielectric-baririer-discharge in air. Vacuum. 2004; 73:705-8

66. Manojlović D, Popara A, Dojčinović B, Nikolić A, Obradović BM, Kurajica MM, Purić J. Comparison of two metods for removal of arsenik from portable water. Desalination. 2008;:1-4

67. Dojčinović B, Manojlović D, Roglić G, Obradović BM, Kurajica MM, Purić J. Plasma assisted degradation of phenol solutions. Vacuum. 2008; 1-4

10. SUMMARY


Summary

General trend in the development of dairy industry – highly automated and efficient production lines, has a profound impact on the environment, due to the large wastewater production with high content of organic compounds. In addition to the presence of milk, this type of wastewaters also contain casein and other proteins, lactose and lipids. Dairy industry wastewaters are futher characterised with the variable pH, which is the consequence of the cleaning process where acids and bases are added in turns to the system.

Methods applied in the dairy wastewater management essentially are not different from the wastewater management in other indutries. Those are methods of dillution in the natural wastewater acceptor, irrigation of wet lands, processing in sewage basins, biological filtration in the presence of adequate microorganisms for purification, chemical precipitation with chemical coagulantsm, etc.

In this study we investigated possibilities for application of natural and modified aluminosilicates, zeolites in the dairy wastewater management of factory »Beograd AD Imlek«. In the laboratory conditions in the pilot experiment a column of aluminosilicates was formed. Technological characteristics of the system were estimated by wastewater flow monitoring and calculation of Darcy's filtration coefficients.

Natural zeolites are inorganic cation-echangers. Exchangeable cations in the mineral and on its surface can be exchanged with long-chain organic cations of the surface-active substances, consequently forming organomineral compositions. This generates the absorbent with enhanced anion absorption capacity, and what is very important, this absorbent is also capable of simultaneous absorption of some cationic and organic contaminants.

10. SUMMARY


Determination and defining of optimal relation between hydraulic features and the efficiency rate of the reaction filters based on natural or controlled modified mineral absorbents, with the purpose to determine the absorption efficiency of certain toxic substances, would provide the foundation for the application of natural minerals and organominerals in real systems.

Over the past twenty years, during the course of water technology development process, there has been a special interest in studying the ozone application in the water treatment system. Ozone application is primarily based on remarkable oxidative and disinfective features. In order to cut down the instalation costs for ozone production and increase ozonization efficiency, special attention has been paid to the research of the Advanced oxidation processes, for example ozonization in combination with UV radiation or hydrogen peroxide.

The subject of research in this dissertation is also efficiency control of the new type of ozone generator with dialectric barrier discharge (originally constructed and developed at The Faculty of Physics in Belgrade) so it can be used in wastewater treatment in dairies.

These studies were carried out for the first time for wastewater purification process in the dairy industry.

11. BIOGRAFIJA


Biografija

Dragoslav (Sekule) Stefanović roñen je 04.06.1960 g. u Beogradu. Magistarske studije iz naučne oblasti Inženjerstvo za zaštitu životne sredine u

Centru za interdisciplinarne i multi disciplinarne studije (smer - Zaštita voda) Univerziteta u Novom Sadu je upisao školske 2001/2002 godine, položio je sve ispite i 10 jula 2004 g. je odbranio magistarsku tezu pod nazivom „Uticaj prirodnih alumosilikata na poboljšanje kvaliteta otpadnih voda mlekare AD „Imlek“.

Upisao je Grañevinski fakultet u Beogradu 1979 godine. Diplomirao je na odseku za hidrotehniku na temu “Ispitivanje hidroenergetskog potencijal na Jošaničkoj reci”.

Završio je Prvu beogradsku gimnaziju 1979 godine a osnovnu školu “Stevan Sremac” u Beogradu 1974 g.

Tokom juna 1987 bio je učesnik Omladinske istraživačke akcije “Sava 1987- Ispitivanje kvalita vode reke Save”.

Tokom juna 1986 godine bio je učesnik Omladinske istraživačke akcije “Kopaonik 1986“. U okviru projekta “Ispitivanje energetskog potencijala planine Kopaonik” vodio je grupu koja je simultanim merenjem i kasnijom obradom tih podataka uradila podprojekat “Ispitivanje hidroenergetskog potencijala sliva reke Jošanice”.

U periodu od juna 1989 do maja 1990 godine je radio u Grupi za hidrotehniku preduzeća PKB “Agroinženjering”.

11. BIOGRAFIJA


Od juna 1991 godine radi u kompaniji AD “Imlek” na poslovima u oblasti grañevinarstva, voñenja investicija, uključujući vodosnadbevanje i odvoñenje otpadnih voda. Od školske 2003/2004 radi u nastavi Visoke zdravstvene škole strukovnih studija u Beogradu na predmetu “Sanitarna tehnika“. U maju 2010 g. izabran je u zvanje predavača za oblast „Zaštita životne sredine“ (predmeti:Sanitarna tehnika, Higijena voda, Zaštita izvorišta voda, Objekti zagañivači životne sredine). Na osnovu odluke Naučnog veća Instituta za tehnologiju nuklearanih i drugih mineralnih sirovina mr Dragosalva Stefanović je stekao istraživačko zvanje Istraživač saradnik. Dragoslav Stefanović je meñunarodno Sertifikovani stariji projektni menadžer (nivo B) oblasti upravljanja projektima po programu Svetske asocijacije za upravljanje projektima IPMA (Intenational Project Management Association). Ovaj program je u skladu sa standardima koje propisuje i primenjuje meñunarodna zajednica i reguliše kompetencije i znanja učesnika projekta u oblasti upravljanja projektima. Imaoc je licence odgovornog izvoñača radova i licence odgovornog projektanta Inženjerske komore Srbije. Dragoslav Stefanović ima više objavljenih saopštenja na naučnim kongresima i u stručnim časopisima. Sarañivao je na projektu Ministarstva za nauku i tehnologiju Rešpublike Srbije na projekt br. Tr. 6702 pod nazivom „Razvoj novih adsorbenata na bazi prirodnih minerala“.

disertacija.pdf

Documents