Udžbenik je napisan u skladu sa programom za predmet hemija i biologija vode na Građevinskom fakultetu u Subotici. Ovaj predmet ima zadatak da studentima omogući dobro poznavanje fizičkih, hemijskih i bioloških karakteristika vode i vodenih rastvora, kao i da im da osnovna teorijska znanja i razjasni pojmove potrebne za razumevanje procesa obrade i prečišćavanja zagađenih prirodnih i otpadnih voda (što se izučava u okviru drugih predmeta u toku studija). U posebnom poglavlju je obrađena i problematika zaštite metalnih i betonskih konstrukcija od korozivnog dejstva prirodnih i otpadnih voda pošto je korozija sve veći problem kad je u pitanju snabdevanje vodom i odvodjenje i obrada otpadnih voda. Obrađene su i teorijske osnove potrebne za razumevanje i pravilno korišćenje rezultata analiza pri kontroli kvaliteta prirodnih, otpadnih i obrađenih voda, bez detaljnih opisa načina izvođenja samih analiza, što če biti detaljno obradjeno u priručniku za vežbe iz ovog predmeta.

Udžbenik je prvenstveno namenjen studentima građe vinskih fakulteta, ali bi mogao korisno poslužiti i građevinskim inženjerima i drugim stručnjacima koji se bave obradom i prečišćavanjem zagađenih prirodnih i otpadnih voda.

Autori duguju posebnu zahvalnost recenzentima dr Miloju Milojeviću, redovnom profesoru Građevinskog fakulteta u Beogradu i dr Vlasti Pujin, redovnom profesoru Prirodno-matematičkog fakulteta u Novom Sadu, na vrlo korisnim primedbama i sugestijama.

Subotica, maj 1986. Autori
Dr Bartul Skenderović
Dr Đula Seleši

Sadržaj

1. STRUKTURA I OSOBINE VODE
1.1. Struktura molekula i kohezione sile u vodi 1=2. Dijagram stanja i struktura vode
1.3. Fizičke i fizikohemijske osobine vode
1.4. Hemijske osobine vode

2. VODENI RASTVORI
2.1. Rastvaranje i rastvori
2.2. Struktura, fizičke i fizikohemijske osobine vodenih rastvora
2.3. Hemijske osobine vodenih rastvora

3. PRIRODNE I OTPADNE VODE
3.1. Vrste i osnovne karakteristike prirodnih voda
3.1.1. Atmosferska voda (kišnica)
3.1.2. Površinske vode
3.1.3. Podzemne vode
3.2. Vrste i osnovne karakteristike otpadnih voda
3.2.1. Komunalne otpadne vode
3.2.2. Industrijske otpadne vode
3.3. Glavni pokazatelji kvaliteta vode
3.3.1. Fizičke i organoleptičke osobine vode
3.3.2. Uobičajene hemijske primese i osobine prirodnih voda
3.3.3. Primese unesene zagađenjem vode

4. VODENI EKOSISTEMI
4.1. Voda kao životna sredina
4.2. Optičke pojave u vodi
4.3. Gasovi u vodi
4.4. Nutrijentni elementi u vodenom ekosistemu
4.4.1. Fosfor
4.4.2. Azot
4.4.3. Sumpor
4.5. Biološka produkcija
4.6. Tok energije u ekosistemu
4.7. Lanac ishrane i piramida brojeva
4.8. Tekuće vode
4.9. Stajaće vode
4.9.1. Životne zajednice u jezerima
4.9.2. Oligotrofna i eutrofna jesera
4.10. Biološka karakterizacija površinskih voda
4.10.1. Halobitet
4.10.2. Trofičnost
4.10.3. Saprobnost
4.10.4. Toksičnost

5. FIZIKOHEMIJSKE OSNOVE ODSTRANJIVANJA SUSPENDOVANIH MATERIJA IZ VODE
5.1. Struktura i osobine koloidnih rastvora i suspenzija
5.1.1. Struktura i osobine vodenih suspenzija
5.1.2. Uslovi stabilnosti koloidnih rastvora
5.2. Koagulacija i flokulacija stabilnih koloidnih rastvora u vodi
5.2.1. Hemizam koagulacije i flokulacije
5.2.2. Koagulanti i flokulanti
5.2.3. Uticaj raznih faktora na procese koagulacije i flokulacije

6. OSNOVNI PRINCIPI ODSTRANJIVANJA RASTVORENIH PRIMESA IZ VODE
6.1. Principi i osnove fizičkih postunaka odstranjivanja rastvorenih primesa iz vode
6.1.1. Principi desalinacije vode termičkim postupcima
6.1.2. Principi desalinacije vode inverznom osmozom
6.1.3. Principi odstranjivanja rastvorenih gasova iz vode fizičkim postupcima
6.2. Principi i osnove fizikohemijskih postupaka odstranjivanja rastvorenih primesa iz vode
6.2.1. Principi i osnove odstranjivanja rastvorenih primesa iz vode izmenom jona
6. 2. 2. Principi i osnove odstranjivanja rastvorenih primesa iz vode adsorocijom
6.2.3. Teorijske osnove odstranjivanja rastvorenih primesa iz vode elektrodijalizom
6.3. Hemijski postupci odstranjivanja rastvorenih primesa iz vode
6.3.1. Opšte osnove o hemijskim reakcljama u vodenim rastvorima
6.3.2. Hemizam i osnovni principi hemijskog omekšavanja vode
6.3.3. Hemizam i osnovni orincipi odstranjivanja jona, gvožđa i mangana iz vode
6.3.4. Principi hemijske degazacije vode
6.3.5. Princip i hemizam eliminacije ostalih štetnih primesa iz vode

7. OSNOVI SANITARNE MIKROBIOLOGIJE
7.1. Rasprostranjenost bakterija
7.2. Položaj mikroba u živom svetu
7.3. Osnovne karakteristike bakterija
7.3.1. Oblik i veličina
7.3.2. Struktura bakterija
7.3.3. Kretanje bakterija
7.3.4. Hemijski sastav mikroorganizama
7.3.5. Metabolizam mikroba
7.3.6. Rast i razmnožavanje bakterija
7. 4. Uticaj spoljašnje sredine na bakteriološke kulture
7.5. Bakteriološko ispitivanje voda
7.6. Uloga mikrooorganizama u biološkom prečišćavanju otpadnih voda
7.6.1. Biološki filtri – prokapnici
7.6.2. Postupak aktivnim muljem
7.6.3. Uloga mikroorganizama u obradi mulja
7.7. Dezinfekcija vode
7.7.1. Principi i hemizam dezinfekcije vode hemijskim postupcima
7.7.2. Principi fizičkih postupaka dezinfekcije vode

8. KOROZIJA MATERIJALA U VODI
8.1. Korozija metala
8.1.1. Hemizam korozije gvožđa u vodi
8.1.2. Uticaj vrste i sastava sredine na intenzitet i dinamiku korozije metala
8.1.3. Zaštita metala od korozije
8.2. Korozija betona i prirodnog kamena u vodi
8.2.1. Hemizam i dinamika korozije betona i prirodnog kamena u vodi
8.2.2. Zaštita betona od korozije

7. Osnovi sanitarne mikrobiologije

7.1. Rasprostranjenost bakterija

Bakterije spadaju u onu grupu živih organizama koji su veoma rasprostranjeni t prirodi. One se mogu naći u vazduhu do određene visine, na površini zemlje, u zemlji do izvesne dubine, u vodi, na životnim namirnicama, na živećem telu, u crevnom traktu, u biljnim i životinjskim organizmima itd.

U zemljištu živi veliki broj bakterija, ali njihov apsolutni broj kao i vrste koje naseljavaju zemljište variraju u zavisnosti od različitih ekoloških uslova kao što au: vlaga, tip zemljišta, raspoloživa hrana, pH, dubina, količina rastvorenog kiseonika itd. Najbrojnije su bakterije na dubini zemljišta od 15-20 cm gde je baktericidni uticaj sunca manji. Na ovoj dubini i u 1 gramu zemljišta ima oko 2o miliona bakterija, ali već na dubini od 4-5 metara zemljište je skoro potpuno bez bakterija. Može se uopšteno reći da je broj bakterija u zemljištu srazmeran količini prisutne organske materi 3 e.

Bez obzira na to što vazduh nije povoljna sredina za mikrobe, u vazduhu ipak lebdi veliki broj bakterija, ali su one u većini slučajeva prilepljene za čestice prašine. U zatvorenim prašnjavim prostorijama ima ih znatno više nego u prirodi, a najmanje ih je iznad vodene površine okeana i u visokim planinskim predelima. Patogene bakterije su prisutne u blizini bolesnika i svi oni koji ih neguju ili s njima više kontaktiraju izloženi su, manje ili više, infekciji.

Pijaća voda sadrži mangi, a otpadna voda veći broj bakterija. Otpadna voda, koja sadrži organsku materiju u raspadanju, naročito je pogodno mesto za život velikog broja bakterija, tako da se u jednom kubnom santimetru može naći i nekoliko stotina miliona bakterija.

U hranu bakterije dospevaju ili putem sirovina ili u toku prerade. Pri povoljnim temperaturnim uslovima one se veoma brzo razmnožavaju. Veoma niske i visoke temperature su nepovoljne, a često su i smrtonosne za bakterije. Neke bakterije su, međutim, upravo neophodne prilikom proizvodnje hrane (mlečni proizvodi, kiseli kupus, kiseli krastavci, mesnati proizvodi, alkohol itd.).

Pored svojih pozitivnih uloga, bakterije mogu da nanesu i velike štete jer u procesu vrenja one učestvuju u kvarenju hrane.

Čovečije telo je takođe povoljno mesto za život bakterija. Na površini kože, na kosi, na rukama stalno se nalazi veliki broj uglavnom nepatogenih mikroba. čak i unutrašnji organi čovečjeg tela pružaju povoljne životne uslove za opstanak bakterija. U prvom redu to je probavni trakt, preko koga se kreće hrana: usta, grlo jednjak, želudac, tanko i debelo crevo. Debelo crevo je naročito bogato bakterijama, ali treba istaći i to da mikrobi koji naseljavaju probavni trakt nisu patogeni i ne izazivaju bolesti. Isto tako i u respiratornim organima živi veliki broj bakterija koje su nepatogene.

Rasprostranjenje bakterija na veće daljine je pasivno jer su razna vazdušna strujanja u stanju da ih raznesu po celom kontinentu. Osušene ćelije, kao i spore mikroba, pomoću vetrova mogu se razneti na velike razdaljine. Mikrobi su nađeni i na visini od nekoliko kilometara.

Slično vazduhu i voda je jedan od glavnih faktora u raznošenju mikroba. Osim tekućih voda, i kišnica spira veliki broj mikroba sa površine zemlje, a mikroorganizmi što lebde u vazduhu nakon kiše se ponovo vraćaju na zemlju.

Vazduh i voda raznose mikrobe bez neke selekcije, a predstavnici životinjskog sveta ih raznose na specifi5an način. To se odnosi prvenstveno na patogene mikroorganizme za koje je potreban domaćin. Npr. domaćin za bakterije koje izazivaju kugu su pacovi. Sa njih se posredstvom zaraženih buva prenosi bolest na čoveka.

U prenošenju i širen.ju mikroba čovek je još značajniji faktor nego životinje, Putem trgovinske razmene i određenih saobraćajnih sredstava bakterije dospevaju i u najudaljenija naselja gde čovek može opstati i tamo izazivaju različite bolesti, pa i epidemije. To se ne odnosi samo na bolesti čoveka, nego i na bolesti biljaka i životinja. Bez obzira na postojeće sankcije u oblasti prenošenja roba iz jednog kraja sveta u drugi, i danas su velike luke potencijalni izvori i putevi raznovrsnih zagađenja. Zbog toga se smatra da su mikroorganizmi kosmopoliti, jer su neki od njih sposobni da opstanu pod različitim podnebljem, raznošeni od strane čoveka.

7.2. Položaj mikroba u živom svetu

Mikrobi su najsitnija živa bića u živom svetu jer su nevidljivi golim okom: njihovo posmatranje se vrši mikroskopom. Po svome sistematskom položaju neki pripadaju životinjskom carstvu, to su praživotinje (Protozoa), a drugi biljnom carstvu (bakterije, alge, gljive). Njima treba dodati još jednu, dosta specifičnu grupu, a to su virusi i rikecije, koji su nevidljivi ili jedva vidljivi običnim svetlosnim mikroskopom.

Po današnjoj definiciji bakterije su jednoćelijska beshlorofilna živa biča koja se razmnožavaju jednostavnom uzdužnom ili transverzalnom deobom. One se nalaze na najnižem stupnju organizacije i uvršćene su u biljno carstvo kao posebno kolo.

SCHIZOMYOOPHTTA sa deset redova i preko 47 familija.

Bakterije se razlikuju od alga po tome što alge u svojoj protoplazmi imaju hlorofil, od gljiva po tome što one u svome razvojnom ciklusu imaju izvesnu seksualnu fazu, a od praživotinja po tome što one imaju izdiferencirano jedro i seksualnu fazu u ciklusu razmnožavanja.

Bakteriologija je relativno mlada nauka, ali je za kratko vreme svoga postojanja postigla izvanredne rezultate. opomenimo samo pronalazak baktericidnih lekova kao što su penicilin ili streptomicin i veliki broj raznovrsnih antibiotika. Zbog velikog i raznorodnog delokruga rada u bakteriologiji počinje da izdvajaju posebne naučne oblasti kao što su: veterinarska bakteriologija, medicinska bakteriologija tehnička bakteriologija itd. U oblasti tehničke mikrobiologije izdvajaju se mikrobiologija vrenja (pivo, alkohol, sirće), fermentacija (butanol-aceton, limunska kiselina, vitamini, aminokiseline antibiotici) itd.

U poljoprivrednoj proizvodnji mikrobi takođe igraju značajnu ulogu. Uloga mikroorganizama u procesu mineralizacije organske materije đubriva je opšte poznati proces. Određenim agrotehničkim merama procesi nitrifikacije i degradacije celuloznih materija postaju intenzivniji.

Veliki broj mikroba (gljive) prouzrokuju razna oboljenja na poljoprivrednim kulturama (pšenica, kukuruz), na povrću, voću i mogu znatno smanjiti prinos ili potpuno uništiti biljku.

U sanitarnoj bakteriologiji najznačajniji su oni mikrobi koji putem vode mogu izazvati razna masovna oboljenja. U tom cilju od posebnog su značaja bakterije kode žive u pijaćoj vodi. Druga grupa bakterija, i to ona koja se nalazi u otpadnoj vodi, značajnu funkciju ima u procesu prečišćavanja otpadne vode, odnosno u degradaciji organske materije.. To su dve velike oblasti iz mikrobiologije sa kojima treba, bar u osnovnim crtama, da se upoznamo.

7.3 Osnovne karakteristike bakterija

7.3.1. Oblik i veličina

Bakterije su sitni jednoćelijski organizmi, ali po svome obliku mogu biti dosta različiti. S obzirom na oblik sve bakterije se mogu uvrstiti u sledeće osnovne grupe:

• loptaste koki,
• štapićaste bacili,
• spiralnih spirili i spirohete,
• vibrioni.

Loptasti oblik je najstarija forma. Retko se javlja forma pravilne lopte, nego su u većini slučajeva jajolikog oblika. Ovaj oblik se održava pomoću unutrašnjeg napona koji vlada u samoj ćeliji. Međusobni raspored koka može biti različit i upravo ta morfološka osobina ovih bakterija služi za njihovu identifikaciju i klasifikaciju. Ako se ćelije nakon deobe razdvajaju i žive odvojeno, to su mikrokoke. Ako dve ćelije ostaju zajedno, to su diplokoke, četiri-tetrakoke. Ćelije mogu obrazovati lanac, tada su to streptokoke, a ako su u obliku grožđa, onda su to stafilokoke. Štapićaste bakterije ili bacili su manje ili više izduženog oblika. Odnos između dužine i širine je 2:1, ili još veći. Pošto su valjkastog oblika, mogućnost raznolikog oblika je znatno veći nego kod loptastih formi. Krajevi bacila su najčešće zaobljeni-, ali mogu biti i ravni ili šiljasti. Bacili su po pravilu veći od loptastih koka. Bacili su veoma rasprostranjeni u prirodi i ima ih oko tri puta više od koka.
Među spiralnim bakterijama treba razlikovati spirile od spiroheta. Spirili imaju 2-3, a spirohete veći broj zavoja.

Slika 7.3.1. Oblici bakterija a.b.c. koke, d. spirili, e. spirohete, f. bakterige, g. vibrioni
Izostavljeno iz prikaza

Spirili su po pravilu kraći, dok spirohete mogu dostići dužinu i do 20 mikrometara (um). Spitili su tipični vodeni organizmi i, pošto im je membrana čvrsta, oni i nakon isušivanja zadržavagu svoju osnovnu formu. Vibrioni su štapićaste bakterije u obliku zareza.

Iako su mikrobi sićušni organizmi i mogu se meriti mikrometrima, i među njima ima podužih oblika, prvenstveno iz grupe spiroheta. Neke vrste koje žive u vodama u mulju, mogu dostići dužinu. i do 5oo um.-Inače, veličina mikroba, u prvom redu bacila, zavisi od uslova života kao što su: pH, koncentracija soli, količina i sastav hranljivog supstrata itd. Primećeni su slučajevi da su oblici koji su živeli u industrijskim otpadnim vodama, a za izvor hrane su koristili isključivo ugljenik iz sintetičkih materija, postali znatno sitniji u odnosu na one koji su živeli na uobičajenoj hranljivoj podlozi. Ekološki uslovi, prema tome, bitno utiču na veličinu ‘mikroba.

Dimenzije nekoliko poznatijih bakterija (39):

• Escherichia coli od 0,5 x 1,0 do 0,5 x 2,0 µm
• Proteus vulgaris od 0,5 x 1,0 do 1,0 x 3,0 µm
• Streptococcus pyogenes do 0,6 do 1,0 µm
• Salmonella t.yph.y od 0,6 x 0,7 do 0,6 x 3,0 µm

7.3.2. Struktura bakterija

Ćelija bakterije imaš membranu, citoplazmu i jedro, odnosno jedrin ekvivalent. Osim nabrojanih delova kod nekih bakterijs prisutni su još i dođatni elementi kao što su: treplje, bičevi, kapsule itd.

Bakterija je spolje obavijena membranom koja daje oblik ćeliji i istovremeno štiti citoplazmu od spoljašnje sredine. Membrana ćelije se ne vidi pod običnim mikroskopom zato što je tanka svega oko 25 10-3 mikrometara. Ispod membrane nalazi se veoma tanka (10-15 10-3 mikrometara), nežna opna citoplazme. Postojanje ove opne se može dokazati plazmolizom. Ona je semipermeabilna, zbog toga je važna u metabolizmu bakterija. U ovoj nežnoj opni se nalaze i neki značajni enzimi.

Citoplazma je bezbojna, po konzistenciji pihtijasta materija. Ona sadrži belančevinu globulin, koja ima koloidnu strukturu. Citoplazma poseduje sve atribute žive materije, jer je sposobna da primi hranu iz spoljašnje sredine, da tu hranu razgrađuje i ugrađuje u svoju ćeliju, da putem disimilacije dobija energiju, da se povećava do određene granice, da se deli. U procesu metabolizma ona vrši sekreciju, sposobna je ako se povredi za regeneraciju itd.

U citoplazmi se nalaze submikroskopska telašca (oko 10.000) različitih veličina koja se zovu ribosomi i upravo su oni centri za sintezu proteina. U njihov sastav ulazi 4o% belančevina i 60% ribonukleinske-kiseline. U citoplazmi se mogu javljati i rezervne materije kao što su: sumpor, citoplazme polisaharidi itd. U citoplazmi se mogu pojaviti i vakuole koje mogu nestati ili se ponovo pojaviti u zavisnosti od opšteg fiziološkog stanja same ćelije. Vakuole imaju značajnu ulogu u procesima osmoregulacije.

Jedro u bakterijskoj ćeliji nije u toj meri izdiferencirano sa posebnom membranom i hromosomima kao kod drugih ćelija, međutim, dokazano je postojanje formiranog jedra u ćeliji bakterija. Izgled jedra kod bakterija može biti različit u zavisnosti od vrste i faze životnog ciklusa. Funkciju jedra kod bakterija vrše, u stvari, hromatinska telašca koja sadrže dezoksiribonukleinsku kiselinu. Prilikom deobe bakterijske ćelije prvo se izvrši deoba hromatinskih telašca.

Slika 7.3.2. Struktura bakterija 1. Membrana ćelije 2. Opna citoplazme 3Citoplazma 4. Jedro 5t Ribosomi
Izostavljeno iz prikaza

Kapsula. Neke vrste bakterija su sposobne da pri specifičnim uslovima stvaraju želatinaste opne koje zatim obavijaju čitave bakterije. Takve opne su nazvane kapsulama. Po gradnji one mogu biti homogene, jednostavne, ali i složenije. Sposobnost obrazovanja kapsula se postepeno: gubi sa starenjem bakterija. U hemijskom pogledu kapsule sadrže različite polisaharide i poli-peptide. Postojanje kapsule može hiti jedan od faktora patogenosti na dotičnu bakteriju, njeno postojanje onemogućuje fagooitozu, jednu od najvažnijih odbrambenih mehanizama organizma (8). Običnim metodama kapsule se ne mogu obojiti i zbog toga se njihovo prisustvo može dokazati samo pomoću specijalnih metoda bojenja.

Spore. Neki rodovi bakterija su sposobni da obrazuju spore. To su prvenstveno vrste iz rodova Bacillus i Clostridium, ali ima sporogenih vrsta i među drugim oblicima, kao što su koke, spirili, vibrioni itd, Stvaranje spora se odvija na taj način što ćelija od svoje citoplazme stvara jedno telo okruglog ili -jajolikog oblika. Veličina, oblik i položaj spore na matičnoj ćeliji su manje-više konstantni i karakteristični za dotičnu vrstu, zbog čega se i koriste prilikom identifikacije vrste. Da spora nije jednostovne građe, pokazala su ispitivanja elektronskim mikroskopom. Jer, osim membrane koju ima svaka bakterija, spore su još obavijene spolja i (nekom) ljuskom koja čini sporu ..veoma otpornije. One su, naime, znatno otpornije na nepovoljne spoljašnje uslove od običnih vegetativnih ćelija bakterija jer mogu da izdrže dug period, a da zadrže sposobnost klijanja. Prema nekim autorima, spore u uzorcima tla su zadržale klijavost i do 100 godina, šta više, na korenovima herbarijskih biljaka nađene su spore stare 2oo-32o godina, s da su sačuvale klijavost (41). Spore su veoma otporne i prema hemijskim supstancama.

Prema ovom položaju koji zauzima u matičnoj ćeliji, spora može biti centralna i terminalna. Prečnik 303 može biti veći od poprečne dimenzije matične ćelije, ali 3e dužina matične ćelije uvek veća od dužine spore. Funkcija razmnožavanja bakterija se nikad ne poklapa sa stvaranjem spora. Naime, pre stvaranja spora bakterija prestaje da se deli. Spore se obično stvaraju po isteku intenzivnog razmnožavanja i to u sredini gde su uslovi nepovoljni za to. Takva sredina se stvara, na primer, na veštačkoj podlozi na kojoj bakterija živi. Nakon intenzivnog povećanja broja ćelija i utroška hrane tu započinje stvaranje spora. Isto to se dešava u sredini gde je smanjena vlažnost.

Čim se spora ponovo nađe u sredini sa povoljnim ekološkim uslovima, ona proklija i razvija se vegetativni oblik ćelije koja se normalno razmnožava i dalje živi. Prema tome, spore se mogu shvatiti kao pritajeni životni oblici koji u takvom stanju mogu dugo ostati živi bez hrane i vlage.

Za uspešno proklijavanje spora potrebni su povoljni spoljašnji uslovi kao što su: vlaga, hrana, temperatura, osmotski pritisak itd.

7.3.3. Kretanje bakterija

Bakterije u tekućoj sredini mogu da vrše pasivno ili aktivno kretanje. Pasivno kretanje je skopčano sa Braunovim kretanjem molekula tekućine i nema određeni pravac. Nasuprot tome, neke vrste su sposobne i za aktivno kretanje prema određenom pravcu. Neke bakterije spiralnog oblika sposobne su da prevale 20-30 puta veći put od svoje dužine za jedinicu vremena. To je velika brzina koju nijedan atletičar ne može dostići u odnosu na svoju dužinu (46-50 m/sec.). Kretanje bakterija se vrši najčešće pomoću bičeva ili flagela. To su veoma tanki končići, prečnika 12-15 10-3 mikrometara, a drugi oko 20 10-3 krometara. Bičevi polaze od posebnih telašca (blefaroplasta) smeštenih u citoplazmi neposredno ispod membrane ćelije. Običnim mikroskopom su jedva vidljivi, ali elektromikrofotografije pokazuju da su bičevi pleteni od velikog broja niti sličnih konopcu. Bakterije koje imaju bičeve aktivno se kreću njihovom kontrakcijom. Broj x položaj bičeva kod bakterija su različiti.

7.3.4. Hemijski sastav mikroorganizama

Hemijski sastav želja mikroorganizama je sličan hemijskom sastavu drugih ćelija, viših, složenijih organizama. Svi elementi i jedinjenja što se susreću kod drugih ćelija i kod njih su prisutni. Tako, na primer, količina vode u ćeliji mikroba kreće se od 75 98%. Međutim, količina vode u ćelijama nije konstantna vrednost i zavisi od spoljašnjih prilika kao što su: supstrat na kome mikroorganizam živi, suva sredina ili peskovita oblast, ili veoma vlažna klima. Od vode što se nalazi u ćeliji bakterija samo se jedan deo nalazi u slobodnom stanju, drugi deo je u vezanom obliku, Hipertonični rastvor u spoljašnjoj sredini izaziva gubitak i slobodne i vezane vode. Veliki broj neorganskih i organskih jedinjenja koje čine sastavni deo ćelije mikroba sastoji se od elemenata kao što su^ ugljenik, vodonik, kiseonik, azot, sumpor, fosfor i još neki elementi koji ulaze u sastav ćelije kao neorganska so, a to su: natrijum, kalcijum, ,kalijum magnezijum, gvožđe, hlor. Osim nabrojenih elemenata poznati su još i takvi koji su nekim mikrobima neophodni u veoma maloj koncentraciji. Takvi mikroelementi su, na primer: bor, berilioum, živa, kadmijum, bakar, hrom, kobalt, cink, silicijum, mangan itd.

Od svih elemenata ugljenik de zastupljen u najvećem procentu (45-5570) u gradnji ćelije. Azot je prisutan između 2,8% do 15,5%, fosfor između 1,6 do 5,1%. Pomenuti elementi se nalaze u telu mikroba u vidu jedinjenja kao što su: hloridi, fosfati, sulfati, karbonati, nitrati itd.

Organska jedinjenja se mogu grupisati kao ugljeni hidrati, proteini, lipidi i nukleinske kiseline. Među nukleinskim kiselinama najznačajnije su ribonukleinska i dezoksiribonukleinska. kiselina, kode su glavni prenosioci genetskih informacija.

Sastav suvog ostatka bakterija:

• ugljeni hidrati oko 50%
• proteini 10-15%
• masti i lipidi 2-40%
• mineralne soli 2-14%

7.3.5. Metabolizam mikroba

Za normalan život mikroba neophodna je razmena materija sa spoljašnjom sredinom. Ovo se odvija na taj način što neprestano struji materija u unutrašnjost ćelije mikroba gde sagoreva i rezultat toga je oslobađanje energije. Po svojoj ishrani mikroorganizmi su bliži biljnom svetu. Čvrste, nerastvorene materije su nepogodne za njihovu ishranu. Međutim, mikrobi su sposobni da sve materije koje mogu predstavljati hranu ili izvor energije, pretvaraju pomoću enzima u upotrebljivi oblik. Nerastvorene velikomolekularne materije kao što su: celuloza, skrob, belančevine enzimi u unutrašnjosti bakterijske ćelije cepaju na manje molekule koji su već rastvorljivi u vodi. Tako se na primer, celuloza i skrob pretvaraju u glikozu, a belančevine u aminokiseline. U razmeni materije između ćelije mikroorganizama i spoljašnje sredine najvažnija uloga pripada ćelijskoj membrani, toj veoma tankoj opni koja se sastoji od molekula i lipida i belančevina raspoređenih u pet slojeva, pri čemu ostaju veoma sitne pore.

Komunikacija između ćelije i spoljašnje sredine može da se ostvaruje pomoću jednostavne difuzi.je u slučaju da membrana ne predstavlja nikakvu prepreku za molekule. U-tom slučaju molekuli se kreću iz pravca veće koncentracije ka manjim koncentracijama. Razmena materije je znatno komplikovanija kada preko ćelijske membrane mogu prolaziti samo molekuli rastvarača, vode. Tada se kaše da je membrana polupropustljiva semipermeabilna. U takvim slučajevima kretanje molekula ide od manje ka većoj koncentraciji, ta pojava se zove osmoza, a pritisak u samo^ ćeliji osmotski pritisak. Visina osmotskog pritiska kod bakterija iznosi između 5-6 atmosfera. Ako je koncentracija u spoljašnjoj sredini veća nego u samoj ćeliji mikroba, vođa se kreće iz ćelije ka spoljašnjem rastvoru. Tada ćelija gubi vodu i citoplazma se sve više i više skuplja. Ova pojava se označava kao plazmoliza.

Ćelijska membrana takođe učestvuje u regulisanju i odavajanju nepotrebnih materija. Sekrecija je skopčana sa utroškom energije, jer, na primer, ćelija kvasca sa takvom silom izlučuju CO2 da staklena flaša u kojoj se nalazi kvasac usled pritiska može da se rasprsne. S obzirom na izvor ugljenika kao najznačajnijeg elementa, mikroorganizmi se mogu podeliti u dve fiziološke grupe, i to autotrofne i heterotrofne.

Autotrofni organizmi su sposobni da opstanu u neorganskoj sredini, a kao izvor ugljenika im služi C0o ili karbonat. Energiju dobijaju ili hemosintezorn (oksidacijom) ili fotosintezom. Procesi hemosinteze poznati su kod bakterija koje vrše nitrifikaciju (Kitrosomonas, Nitrobacter), kod sumpornih bakterija, koje putem oksidacije oslobađaju sumpor iz sumporvodonika, gvožđevite bakterije koje dvovalentno gvožđe oksidiraju u trovalentne. Svi spomenuti oksidacioni procesi rezultiraju oslobađanje energije, koju tada mikroorgenizmi upotrebljavaju za ispoljavanje svojih; životnih ,funkcija.

Poznati su među mikrobima i takvi oblici koji su sposobni da, posredstvom nekih pigmenata srodnih hlorofilu, energiju dobiju fotohemijskom reakcijom.

Heterotrofni organizmi nisu u stanju da koriste C0o kao izvor ugljenika, nego se oni ugljenikom snabdevaju iz kompleksnijih jedinjenja, kao što su ugljeni hidrati. Energijom se snabdevaju razgradnjom ugljenih hidrata, prvenstveno glikoze. Razgradnja glikoze može da se odvija uz prisustvo kiseonika, tada je razgradnja potpuna i ‘krajnji produkti su C0o i voda.

To je respiracija ili disanje. Međutim, ako se razgradnje glikoze odvija bez kiseonika, stvaraju se kiseli proizvodi i to je fermentacija. Količina oslobođene energije znatno je veća pri procesima respiracije nego pri fermentaciji. Tako se prilikom respiracije glikoze dobija 2882,67 J.mol-1, ako se pak cepanje glikoze odvija u anaerobnoi sredini, dobija se svega 226,1 J. mol energije. Mikroorganizmi koji mogu da žive samo u prisustvu kiseonika, a energijom se snabdevaju respiracijom, spadaju u aerobnu grupu. Druga velika grupa su anaerobni mikroorganizmi, koji mogu opstati u sredini bez kiseonika, a energijom se snabdevaju pri procesima fermentacije.

Biohemijski procesi u ćeliji mikroba odvioaju se pomoću enzima. ćelija mikroba je prava tvornica velikog broja razno-raznih enzima (50). Njihova funkcija je slična katalizatorima., a to znači da ubrzavaju biohemijske reakcije, ali se oni ne ugrađuju u krajnje produkte metabolizma. Zbog toga se njihova količina bitno ne smanjuje, a ne menjaju ni svoje osnovne karakteristike. Među njima su najznačajniji oksido-reduktaze jer učestvuju u procesima respiracije i fermentacije. Hidrolize su značajne po tome što učestvuju u cepanju molekula belančevina, masti i ugljenih hidrata, dok lijaze katalitički deluju na sintezu visokomolekularnih jedinjenja iz prostijih.

Neki mikroorganizmi se zbog svojih enzima naveliko upotrebljavaju u industriji. Kvasci, na primer, svojim enzimima izazivaju alkoholno vrenje, drugi enzimi sirćetno vrenje. Poznati su mikroorganizmi koji vrše fermentaciju mleka (jogurt) itd.

Enzimi mogu delovati u samoj ćeliji gde su i nastali, ali kod nekih mikroba mogu biti izlučivani u spoljašnju sredinu i tako delovati. Poznati su i takvi enzimi koji su p stanju da katalizuju neke reakcije i u odsustvu žive ćelije koja ih je izlučila.

Enzimi imaju veliku molekulsku težinu, kroz membrane vrlo sporo ili uopšte ne prolaze (dijalizuju) i zbog toga imaju osobine koloidnih rastvora. Enzimi su termolabilne materije i na temperaturi od 5o° do 6o°C već nisu u stanju da deluju, ali su otporni prema niskim temperaturama. Jake kiseline i baze uništavaju enzime izazivajući njihovo raspadanje.

7.3.6. Rast i razmnožavanje bakterija

Kada se bakterija nalazi u sredini u kojoj su ekološki uslovi povoljni, tada ćelija počinje da raste, da se izdužuje. U tom periodu povećava se količina ribonukleinske kiseline, 3 zatim sinteza belančevina, odnosno udvostručuje se materijal ćelijskog jezgra. Membrana ćelije postaje deblja i na kraju nastaju dve ćelije bakterije, koje zatim žive odvojeno. Takvom prostom deobom bakterija se deli jedno izvesno vreme, dok spoljašnji uslovi, a prvenstveno količina hranljive podloge to dozvoljava. Nakon izvesnog vremena deoba bakterija se usporava usled pomanjkanja hrane, odnosno uticaja toksičnih materija nastalih u procesu metabolizma. Generacijsko vreme u najpogodnijim uslovima traje minimalno 15 minuta (na primer kod Escherchia coli, Froteus), ali obično se kreće između 20 i 30 minuta, retko može trajati i preko 10 časova. Ako se računa samo sa jednom jedinom bakterijom koje se deli svakih 30 minuta i ako svaka novo bakterija ostaje u životu a zatim se ponovo deli nakon pola časa, nakon 24 časa dostići će se cifra od 248 . Očigledno je da se to tako nikad ne ostvaruje u prirodi jer to ne dozvoljavaju spoljašnji uslovi.

Ako se bakterije gaje na hranljivoj podlozi, njihovim razmnožavanjem nastaje populacija sastavljena od jedinki. Njihov broj se međutim s vremenom menja po određenim zakonitosti ma.

Na krivulji rasta bakterija mogu se uočiti četiri loze: lag-faza, logaritamska faza, faza mirovanja i faze opadanja.

1. Lag-faza ili faza inkubacije. To je faza adaptacije mikro-1organizama na konkretne uslove sredine. U toj fazi ćelije mikroba se ne dele ali se povećavaju, respiracija im je intenzivnija.
2. Logaritamska faza (= eksponencijalna faza) karakteriše veoma intenzivno razmnožavanje, tj. povećanje broja živih ćelija. Ova faza za jednu generaciju traje kratko (od 20 do 30 minuta). Kod Coli bakterija ako su spoljašnji uslovi povoljni dužina života jedne generacije traje svega 2o minuta, a log-faza 8-lo časova. Pri krajo log-faze deoba mikroba jenjava, ali broj živih je još uvek u porastu.
3. Faza mirovanja (stacionarna faza). U ovoj fazi broj živih bakterija uglavnom stagnira jer se broj novonastalih i broj uginulih izjednačava. Nastajanje i uginuće mikroba je uglavnom u ravnoteži. Uzrok ovoj pojavi se smanjenje hrane, poremećaj u režimu kiseonika i nastajanje toksikanata kao produkata metabolizma. Dužina trajanja ove faze kreće se od nekoliko časova do više dana.
4. Paza opadanja. Broj novonastalih ćelija se polako smanjuje, ali se povećava odumiranje starijih jedinki. Zbog toga broj živih bakterija opada i nakon izvesnog vremena većina mikroba ugine. Dužina trajanja ove faze je razli’ čita i zavisi od vrste mikroba. Neke vrste se ne mogu održati duže od 2-3 dana, druge mogu da opstanu mesecima, pa čak i godinama. Spore naravno mogu da ostanu žive i znatno duže.

Izgled krivulje rasta nije isti kod svih mikroba nego zavisi od vrste, pa i od osetljivosti vrste prema različitim fizičkim i hemijskim agensima. Razlike na krivulji rasta nastaju prvenstveno u fazi odumiranja. ,jer osetljivije vrste brže iščezavaju, dok otpornije mogu da žive duže vreme.

7.4. Uticaj spoljašnje sredine na bakteriološke kulture

U mikrobiološkoj praksi vrše se posmatranja i razna ispitivanja na velikom broju mikroba, jer meriti metabolizam ili određivati hemijski sastav pojedinih mikroba za sada nije moguće. U svakodnevnoj praksi učestvuje gomila mikroba u raznim: promenama na tlu, u vodi, u živim organizmima, u pojavi bolesti, kao i u industriji (alkoholno vrenje). Za uspešno identifikovanje bakterija neophodno je njihovo odgajivanje iz onog materijala koji se želi ispitati. Taj materijal može biti pijaća ili otpadna voda, krv ili tkivo čoveka, životinja ili hrana i dr. U pomenutim sredinama bakterije su rasturene i veoma razređene. Da bi se one ispitivale, pristupa se njihovom odgajivanju na veštačkim hranljivim podlogama gde se one razmnožavaju i znatno povećavaju koncentraciju mikroba u jedinici zapremine. Pored toga što se na ovaj način mogu identifikovati, istovremeno se, može proceniti i njihova gustina u jedinici zapremine ispitivano“ materijala. Na osnovu takvih ispitivanja može se donositi sud o stepenu zagađenja i o bakteriološkoj ispravnosti ili neispravnosti ispitivane materije.

Bakteriološke kulture se gaje na hranljivim podlogama koje mogu biti tečne i čvrste. Hranljivi buljon je tečna podloga koja se najviše upotrebljava u bakteriološkoj praksi. Sastoji ,se od mesnog ekstrakta, natrijumhlorida, peptona i vode. Među tečnim hranljivim podlogama često se primenjuje i peptonska voda ili laktozni buljon. Čvrste podloge se sastoje od hranljivog buljona uz dodavanje želatina ili agara. Čvrsta podloga sa želatinom se koristi za gajenje kultura na 2o°G do 22°C. Podloga sa agarom može da se koristi i na višim temperaturama do 42°C.

Tečne i čvrste podloge moraju se sterilisati pre upotrebe. Sterilisanje se većinom vrši u autoklovu na temperaturi od 105° do 120°C u trajanju od 10 minuta. Tako pripremljena podloga može da se zaseje vodom, ili drugom materijom koja se ispituje. Inokulacija se vrši pomoću platinske igle ili pipete a posle se odmah stavlja u inkubator termostat. Zasejane podloge najčešće se inkubiraju na temperaturama od 20 do 22°C i na 37°C.

Za rast i razmnožavanje mikroba, osim hranljivih materija, potrebna je i odgovarajuća koncentracija vodonikovih jona.

Za patogene bakterije optimalni pH je 7,2 za ostale je granica od 7 do 8. Međutim, ima i takvih koji žive i razvijaju se pod ekstremnim pH vrednostima.

U odnosu na temperaturu takođe postoji određena granica, najniža i najviša, između kojih se mikrobi razmnožavaju. S obzirom na optimalnu temperaturu, razlikujemo tri grupe mikroba:

1. psihrafilne (ispod 20°C),
2. mezofilne (20-40°C),
3. termofilne (od 40°C pa naviše).

Za uspešni rast bakterioloških kultura, prisustvo vode je takođe veoma značajno. Pored toga što im ćelija sadrži 80-90% vode, voda je najrasprostranjeniji rastvarač, a mikrobi hranljive soli, mogu primiti samo u rastvorenom obliku. Osušene materije su uvek bolje zaštićene od uticaja mikroba nego vlažne materije. Međutim, prosto prisustvo vode još nije dovoljno za upotrebu od strane mikroba. Ako se u vodi nalazi velika količina soli sa visokim osmotskim vrednostima, tada ćelija mikroba ne samo to ne može da koristi takvu vodu iz spoljašnje sredine, već naprotiv, gubi vodu, što dovodi do plazmolize. Ova pojava se naveliko koristi u konzervnoj industriji (sušenje, soljenje, dodavanje šećera itd.).’

S obzirom na prisustvo, odnosno odsustvo kiseonika, bakteriološke kulture se ponašaju različito. Jedne mogu da rastu isključivo u prisustvu molekularnog. kiseonika, . druge, nasuprot njima, rastu bez prisustva molekularnog kiseonika. Treća, grupa raste i u prisustvu i u odsustvu molekularnog kiseonika. Prilikom kultiviranja mikroba treba uzimati u obzir njihovo ponašanje prema kiseoniku. Za dobijanje anaerobnih bakterioloških kultura treba primeniti specijalne metode.

Bakterije se uspešno ispituju. pomoću mikroskopa. U tom cilju se priprema suspenzija sa bakterijama, i živi organizmi se posmatraju u tzv. obešenoj kapi. Svetlost se prelama na bakterijama koje se na taj način kontrastno izdvajaju iz svetle sredine mikroskopnog polja. Znatno bolji rezultati se postižu sa obojenim preparatima. U tu svrhu većinom se upotrebljavaju anilinske boje.

U bakteriologiji se najviše upotrebljava bojenje po Gramu. jer osim razlikovanja morfoloških osobina pojedinih bakterija istovremeno svaka bakterija može se svrstati među grampozitivne ili gramnegativne, već prema tome da li se obojila ljubičasto (gr+) ili crveno (gr-). Proces bojenja se sastoji u tome da se razmaz bakterija na staklenoj pločici oboji u rastvoru gencijana-violet, zatim se opere vodom. Nakon toga se zamoči u rastvor joda i ponovo pere u metilalkoholu. Na kraju se boji u slabom rastvoru karbol-funksina.

Ovim načinom bojenja jedna grupa bakterija dobija ljubičasto-plavu boju to je gram-pozitivna, a druga grupa poprima crvenu boju to su gram-negativne bakterije. Potpuni mehanizam bojenja po Gramu Još nije razjašnjen, ali se on naveliko koristi u svakodnevnoj bakteriološkoj praksi prilikom identifikacije bakterija.

7.5. Bakteriološka ispitivanja voda

Već je spomenuto da su bakterije veoma rasprostranjene u prirodi, a to se odnosi i na vode. Raznovrsne bakterije se mogu naći u pijaćoj vodi, podzemnim vodama, u svim površinskim vodama, pa naravno i u otpadnim vodama. Među bakterijama jedna grupa bi pripadala pravin vodenim bakterijama koje stalno žive u vodi. Drugu grupu bakterija čine one koje se privremeno ili slučajno nađu u vodenoj sredini. U ovoj drugoj grupi se javljaju upravo one bakterije koje vode poreklo od životinja, biljaka, pa i čoveka. Najopasniji su među njima oni patogeni mikrobi koji Sive u crevnom traktu čoveka i životinja i izazivaju razne bolesti.

Bakterije koje stalno žive u vođama su saprofiti i nisu od naročitog higijenskog značaja. Nasuprot njima, bakterije koje žive u crevnom traktu toplokvrnih životinja i čoveka redovno su prisutni u otpadnim vodama kod posebnog su značaja pri snabdevanju naselja higijenski ispravnom vodom, kao i pri zaštiti vodenih resursa od prekomernog zagađivanja zbog ispuštenja otpadnih voda. Ni mikrobi fekalnog porekla nisu svi patogeni, ali su ipak značajni, jer potiču iz iste sređimikrobi se, uostalom, teško izoluju i dokazuju iz vode. Mikrobi koji žive u crevnom traktu životinja i ljudi i koji se smatraju indikatorima moguće zaraze vode jesu:

1. Neke vrste iz roda Clostridium. To su anaerobni, grampozitivni mikrobi, a iz tečne podloge ugljenih hidrata razvijaju gas.
2. Vrste iz roda Streptococcus, koji su isto tako gram-pozitivni mikrobi.
3. Vrste iz roda Eschericia, Proteus i Aerobacter, To su gram-negativni štapići i smatraju se patogenima.
4. Vrste iz roda Salmonella, koji su takođe patogeni.
5. Vrste iz rođa Shigella (izazivač dizenterije). Bakteriološka kontrola vode za piće ima tri cilja:

• da utvrdi da li je voda zagađena fekalijama ili nije,
• da kontroliše zaštitu vodonosnog sloja, odnosno vodenog ogledala od bakterijskog zagađenja,
• da ustanovi efikasnost tehnološkog procesa prečišćavanja vode.

Prvi zadatak pri bakteriološkom pregledu vode postiže se istraživanjem i brojanjem klica indikatora fekalnog: zagađenja. a to su:

1. Escherichia coli,
2. Streptococcus feacalis,
3. Vrste iz roda Protaus.

Jedan od najznačajnijih postupaka pri bakteriološkom pregledu vode je utvrđivanje prisustva ili odsustva koliformnih bakterija a zatim određivanje njihovog najverovatnijeg broja. U koliformne bakterije spadaju svi gram-negativni nesporogeni bacili, koji na temperaturi od 37°C fermentuju laktozu uz razvijanje gasa. Celokupna tehnika dokazivanja koliformnih bakterija sastoji se iz tri faze: prethodne, potvrdne i završne. Nakon što je izvršena identifikacija koliformnih bakterija treba odrediti njihov najverovatniji broj u 100 ml ispitivane vode. Ovaj broj se izračunava pomoću specijalnih računskih tablica verovatnoće nakon dobivenih rezultata u epruvetama.

Uporedo sa ispitivanjem koliformnih bakterija ispituju se i bacili fekalnog porekla. Prisustvo enterokoka Streptococcus faecalis u vodi može se smatrati kao siguran znak fekalnog zagađenja, naročito ako se pojavljuje sa nekom drugom klicom, indikatorom fekalnog zagađenja.

Sve vrste iz roda Proteus su crevne bakterije. Među njima su neke vrste, kao što su Proteus vulgaris i P. mirabilis, veoma aktivne truležne bakterije. Njihovo prisustvo u vodi ukazuje ne samo na fekalno zagađenje, nego i na zagađenje organskim materijama u raspadanju. Ako de ’ma koda vrsta od ovih bakterija utvrddena u vodi za piće. takvu vodu treba odmah isključiti iz upotrebe.

Ako se vođa za piće koristi iz otvorenih bunara, neprečišćenih prirodnih voda, ili iz drugih otvorenih davnih izvorišta, tada, pored već nabrodanih bakterija, ispitivanda treba proširiti na Clostridium perfringens i na bakteriofage (uništavaju prisutne bakterije).

Clostridium perfringens de saprofit u crevima životinja i čoveka. Spore su im otpornije u spoljašnost sredini od spora koliformnih bakteriga. Ako se u vodi utvrdi prisustvo Clostridium perfringens, bez prisustva kolibakterija, verovatno se radi o nekom starom zagađenju. Ako su koliformne bakterije prisutne zajedno sa Cl. perfringens, to je siguran znak fekalnog zagađenja.

Istraživanjem bakteriofaga u pijaćoj vodi utvrđuje se zagađenje vode nekom patogenom enterobakterijom ili se ustanovIjava ranije zagađenje fekalijama. U prvom slučaju se istražuje specifičan fag -za neku određenu-pretpostavljenu enterobakteriju, a u drugom slučaju se istražuje nespecifičan.

Kontrolisanje stanja zaštite vodonosnog sloja od bakterijskog zagađenja, kao i efikasnosti tehnološkog procesa prečišćavanja, vrši se brojanjem svih živih klica u vodi (uz obavezno kontrolisanje koliformnih bacila i indikatora fekalnog porekla).

Utvrđivanje broja svih živih bakterija vrši se u 1 ml vode za piće. Ova kontrola ima higijenski značaj ako se ponavlja u češćim vremenskim razmacima, prvenstveno pre i posle naglih meteoroloških promena ili pre i posle terenskih poremećaja. Ovim ispitivanjima dobivaju se informacije o stepenu propustljivosti geoloških slojeva koji pokrivaju vodonosni sloj.

Razni tehnološki procesi u prečišćsvanju pijaće vode kao što su hlorisanje, deferizacija, filtracija, ozonizacija, takođe se kontrolišu brojanjem svih živih klica pre i posle tehnološkog postupka. Brojanje živih klica obavlja se na hranljivom agaru nakon inkubacije od 48 časova i pri temperaturi od 37°C. Pretpostavlja se da se iz svske bakterije na povoljnoj temperaturi razvija po jedna kolonija ko-ja je dobro vidljiva i lako se može prebrojavati. Prilikom ispitivanja jedne otpadne vode sastavlja se čitava serija razređenja, jer će se tako sigurno naći i takva u kojoj će se moći tačno ustanoviti broj razvijenih kolonija.

7.6. Uloga mikroorganizama u biološkom prečišćavanju otpadnih voda

Prečišćavanje otpadnih voda biološkim putem koristi se više od 7o,gođina. Prednost ove tehnologije je, nasuprot ’fizičkim i hemijskim postupcima, delimična ili potpuna mineralizacija organske materije. Biološkim postupkom mogu se prečišćavati one otpadne vode koje sadrže organske materije podložne degradaciji. Tu spadaju u prvom redu otpadne vode iz domaćinstva, otpadne vode prehrambene industrije i sve takve otpadne vode koje su podložne biodegradaciji. Proces prečišćavanja otpadne vode vrše bakterije koje su uvek prisutne u takvim otpadnim vodama.

Postupci biološkog prečišćavanja mogu se podeliti na polutehničke i tehničke. U polutehničke postupke spadaju: navodnjavanje polja, ribnjaci i oksidaciona jezera. Tehnički postupci su: biološki filtri i bazeni sa aktivnim muljem.

U polutehničkim postupcima organska materija iz otpadne vode se radom mikroba mineralizuje (oksidacija) u visokom stepenu, a nastale neorganske soli se zatim ponovo ugrađuju u telo živih organizama kao što su poljoprivredne kulture, ribe, alge.

Proces prečišćavanja, tehničkim postupcima odigrava se u objektima, s tim što se prilikom degradacije organskih materija, bakterije, preko veoma složenih biohemijskih reakcija, pretvaraju u ugljendioksid, vodu, amonijak, sulfat, odnosno u stabilno jedinjenje. One više ne troše kiseonik i moguće ispustiti u vodotokove, bez posledica. Drugi deo organskih materija služi za ponovnu sintezu žive materije mikroba.

Novonastala organska jedinjenja (mulj) mogu se pak odstraniti iz sistema za prečišćavanje tako da ona ne opterećuju prijemnik. Ceo proces može da teče samo pri aerobnim uslovima, a to znači da se mora obezbediti s talno dodavanje kiseonika aeraciiom. Drugim rečima, organska materija iz otpadne vode može se odstraniti potpunom oksidacijom i dobijanjem stabilnih jedinjenja, pri čemu se oslobađa energija. Drugi oblik odstranjivanja organskih nečistoća iz otpadne vode je njihova delimična degradacija i ponovna sinteza organske materije koje se ugrađuje u telo mikroba. Pri pomenutoj sintezi potrebna je energija, koja se dobija pri oksidaciji organske materije.

Degradacija i ponovna sinteza organske materije veoma je složen proces i sastoji se iz više faza. Svi ti biohemijski procesi se van živih organizama ili uopšte ne odigravaju ili se odvijaju veoma sporo. Iz toga proizilazi da se ti procesi u samoj ćeliji odvijaju putem biokatalizatora. enzima. Mikroorganizmi učestvuju u biološkom prečišćavanju otpadnih vodaj svojim enzinskim kompleksom katalizuju čitavu seriju biohemijskih reakcija. Da bi se ti procesi odvijali u željenom pravcu, potrebni su izvesni povoljni spolgašnji faktori kao što su temperatura, pH sredine, prisustvo kiseonika, sastav organske materije. Isto tako su od značaja i povoljan sastav mikroflore, dovoljna količina hrane (koncentracija organske materije), disperzitet hrane, sredina bez toksikanata itd.

Prečišćavanje otpadne vode biološkim putem je slično procesu samoprečišćavanga vodotokova. Razlika ge samo u tome što je prečišćavanje u objektima brži proces usled dodavanja vazduha ili kiseonika, a mešanjem vode se povećava kontaktna površina vode i vazduha. Ceo proces biološkom prečišćavanja se odvija u dve faze:

1. Stvaraju se uslovi za razvoj bakterija koje se skupljaju i sjedinjuju u obliku biološke opne ili aktivnog mulja vezivajući organske nečistoće kojima se hrane.
2. Nastali mulj se dekantaciiom izdvaja i odstranjuje iz sistema.

Najpoznatije tehnologije biološkog prečišćavanja otpadnih voda su:

• biološki filtri prokapnici,
• postupak sa aktivnim muljem.

7.6.1. Biološki filtri prokapnici

Slika 7.6.1. Bioindikatori u otpadnoj vodi
Izostavljeno iz prikaza

1. Sphaerotilus natans (kolonija),
2. Niti iste bakterije,
3. Jedna nit,
4. Beggiatoa alba,
5. Zooglea ramigera,
6. Chromatium okenii, sumporna bakterij’a,
7. Lamprocystis roseopersicina,
8. Spirulina jenneri,
9. Thiotrix nivea, sumporna bakterija,
10. Rotaria neptuna,
11. Chironomus thummi,
12. Tubifex tubifex,
13. Vorticella microstoma,
14. Larva Eristalis tenax.

Osnovni princip prečišćavanja otpadnih voda u prokapnicima se sastoji u tome da se prethodno istaložena voda preliva preko poroznog i šupljikavog materijala na kome se razvija biološki film bogat mikroorganizmima. Tu se apsorbuju organske materije i bivaju degradovane, oslobađajući energiju i istovremeno vršeći sintezu organske materije. Aeracija prokapnika se vrši prirodnim putem, ponekad intenzivnom ventilacijom.

Živi svet koji naseljava prokapnik je šarolik, jer se biocenoza menja od površine prema centru i opet od centra prema donjim izlivnim delovima. U biološkoj opni žive prvenstveno aerobne i fakultativno anaerobne bakterije (12). Među njima su najznačajnije Zooglea ramigera, Sphaerotilus natans, veliki broj končastih bakterija, modrozelene alge. Gljive su takođe prisutne u biološkoj opni i, po nekim autorima, one čine 3o# biološke opne. Od životinjskih vrsta tu žive razne protozoe, crvi, larve insekata itd. Pošto otpadna voda prvo dolazi u kontakt sa bakterijama u gornjem površinskom delu, normalno je da se mikrobi u ovom delu razmnožavaju veoma intenzivno, dok bakterije u sredini i u donjim delovima prokapnika dobijanju siromašniju hranu te se sporije razmnožavaju (43). Ova pojava bi vremenom dovela do potpunog začepljenja prokapnika. Međutim, nasuprot ovoj pojavi, u prokapniku se odigravaju i drugi biološki procesi koji to ne dozvoljavaju.

U nedostatku hrane kod mikroba se sve vise ispoljava endogena disimilacija. odnosno autooksidacija, pri čemu oni troše sebe i na taj način prestao je povećavanje njihove brojnosti, štaviše, ona opada. Drugi faktor koji reguliše debljinu biofilma su drugi organizmi koji tu žive i hrane se mikroorganizmima i delovima opne. To su gjliste Tubifex i larve sitnih muva Psychoda.

Otpadna voda koja stiže na prokapnik je polisaprobnog karaktera; u samom prokapniku se njen kvalitet radom biološke opne poboljšava ka alfamezosaprobiji, a na kraju prokapnik napušta vodu alfa-beta mezosaprobnog tipa. U toj vodi je veliki broj biljnih i životinjskih vrsta kao znak poboljšanja njenog kvaliteta. takva voda se već može ispustiti u vodotok. Ako se ne dobije očekivani kvalitet, treba ispitati uzroke koji negativno deluju na rad prokapnika, a takvi su:

• sastav otpadne vode (kvalitativni i kvantitativni pokazatelji),
• biološka opna (kvalitet),
• količina kiseonika,
• rukovanje uređajem (recirkulacija, taložnika, povremeno doziranje otpadne vode),

7.6.2. Postupak aktivnim muljem

Najraširenija tehnologija prečišćavanja otpadnih voda biološkim putem je primena aktivnog mulja. Najznačajniji objekat u ovoj tehnologiji je aeracioni bazen u kojem se sirova otpadna voda, bogata organskom materijama, meša sa aktivnim maljem uz dovođenje kiseonika iz vazduha. Drugi bazen je naknadni taložnik. gde se iz već prečišćene otpadne vode izdvaja aktivni mulj. Ovaj se zatim sakuplja i vraća u aeracioni bazen, a prečišćena vođa preko ruba taložnika napušta postrojenje. Kao što se vidi, ceo proces prečišćavanja vrše mikroorganizmi u aktivnom mulju (23).

Mikroorganizmi razlažu otpatke iz hrane i drugih organskih materija koje se nađu u otpadnoj vodi. Oni pri tome prostije molekule koriste za regeneraciju svog tela, a u procesu degradacije, oslobođenu energiju za svoje životne aktivnosti. Sam aktivni mulj čine mikroorganizmi koji stvaraju pahuljice. Među njima je najznačajnija Zooglea ramigera. gram-negativna bakterija štapićastog oblika, u hranljivom rastvoru sklona obrazovanju pahuljica. Utvrđeno je da oko 7o vrsta bakterija ima sposobnost za stvaranje pahuljica tipa Zooglea. Mehanizam stvaranja flokula još nije potpuno raščišćen, ali se smatra da je to fizičko-hemijski proces.

U flokulama aktivnog mulja nalaze se i bičari i amebe u manjem broju. Od drugih praživotinja (Ciliata) prisutni su: Vortecella. Opercularia, Carchesium, Aspidisca, Paramaecium. Pored nabrojanih organizama u aktivnom mulju izolovane su bakterije u vidu niti, to su prvenstveno Sphaerotilus natans. koje negativno utiču na taloženje aktivnog mulja. Gljive su takođe izolovane iz aktivnog mulja: smatra se da one dospevaju preko vazduha, zemljišta i domaćih otpadnih voda. Njihov broj i značaj u prečišćavanju otpadne vode aktivnim muljem nije onakav kao kod prokapnika.

Za uspešno vođenje tehnologije potrebno je stvoriti povoljne uslove za intenzivno razmnožavanje mikroba. Faktori od kojih zavisi uspešno prečišćavanje su (44):

• količina i sastav otpadne vode,
• koncentracija i sastav aktivnog mulja,
• koncentracija kiseonika u aeracionom bazenu,
• karakteristike samog uređaja (turbulencija, ponovno uvođenje povratnog mulja u aeracioni bazen itd.).

Slika 7.6.2. Mikroorganizmi aktivnog mulja
Izostavljeno iz prikaza

1. Trigonomonas compressa,
2. Bodo putrinus,
3. Tetramitus pyriformis,
4. Euglena viridis,
5. Vorticella microstoma,
6. Colpidium colpoda,
7. Parama cium candatum,
8. Gpercularia,
9. Carchaesium,
10. Euplotes charoa,
11. Aspidisca costata,
12. Lionotus fasciola,
13. Amoeba proteiis,
14. Podophria fixa

Mikroskopskim pregledom aktivnog mulja i prisustvom ili odsustvom bioloških indikatora može se utvrditi dobar ili loš rad prečistača. Tako su pri dobrom vođenju tehnologije, kada je ponuda i potražnja hrane izjednačena, prisutni sledeći bioindikstori:

Anaerobno truljenje mulja ili anaerabna fermentacija je razgradnja organske materije pomoću bakterija do metana i ug1jendioksida u odsustvu kiseonika. Prema nekim autorima, anaerobno trulenje se odvija u dve faze:

U prvoj fazi aktivne su fakultativno anaerobne bakterije kiselog vrenja, jer razlažu visoko molekularne materije u niskomolekularne masne kiseline, kao što su sirćetna, buterna, propionska i alkohol U ovoj fazi veliki molekuli se cepaju u manje koji su sposobni da ulaze preko membrane bakterije i da se tamo uključuju u procese metabolizma ćelije. U ovoj fazi značajnu ulogu imaju enzimi bakterija koji deluju van ćelije. Putem hidrolize polisaharidi se pretvaraju u šećere, propteini u petide i aminokiseiine, masti u masne kiseline i glicerin. U daljem procesu pomenuta jedinjenja se pretvaraju u organske kiseline, ali pod uticajem enzima u samoj ćeliji.

U prvoj fazi trulenja značajne su bakterije iz grupe Clostridium i Bacterioides, kao i bakterije koje su sposobne za cepanje molekula celuloze. Broj bakterija koje su do sada izolovane iz ove faze trulenja je 43, ali se taj broj stalno povećava otkako je bakteriološka tehnika uznapredovala.

U drugoj fazi trulenja jedna druga grupa bakterija vrši krajnje razlaganje organskih molekula do metana i ug1jendioksida. To su bakterije metanskog vrenja. U samom trulištu izolovan je do sada veći broj metan-bakterija štapićastog i okruglog oblika. Među njima su najpopoznatije:

• Methanobacterium formicum (mravlja kiselina),
• Methanobacterium propionicum(propionska kisellna),
• Methanobacterium sohgenii (sirćetna, buterna kiselina),
• Methanocococcus mazei (sirćetna, buterna kiselina),
• Methanosarcina methanika (sirćetna kiselina).

Metan-bakterije su obligatno anaerobne, što znači. da prisustvo kiseonika na njih deluje toksično. I sumpor vodonik jer je toksičan za njih. Metan-bakterije su vrlo osetljive i na druge otrove kao što su soli teških metala, zatim na temperaturne oscilacije, nisku pH vrednost, veću koncentraciju organskih kiselina. U trulištu koje normalno radi pH se kreće između 6,8 – 7,2 sadržaj organskih kiselina je manji od 1,0 g/litar izražen kao buterna kiselina, a sadržaj ugljendioksida u gasu ne prelazi 4o%.

Na kraju treba naglasiti da se spomenute dve faze u truliš’ tu odigravaju istovremeno, a krajnji produkti su: metan, ugljendioksid i još neki gasovi u malim količinama kao i stabilizovani mulj. Nastali metan se zatim može koristiti kao izvor energije na uređaju za prečišćavanje otpadne vode.

Razlika između aerobne i anaerobne fermentacije mulja je velika, jer dok prva troši energiju, druga anaerobna proizvodi. Posle anaerbbne fermentacije dobija se stabilizovani mulj koji ima pogodne osobine za primenu u poljoprivredi.

Proces anaerobnog truljenja mulja još nije do detalja razjašnjen. Zbog toga se istraživanja u tom pravcu i dalje nastavljaju. Prema novijim saznanjima proces se odvija mnogo složenije i neki autori smatraju da se umesto dve, mogu razlikovati četiri faze. Naredna ispitivanja će verovatno detaljnije i bolje rasvetliti mehanizam anaerobnog truljenja organskih materija jer fermentacija zbog dobijanja energije ima daleko širi značaj.

7.7. Dezinfekcija vode

Pri ocenjivanju kvaliteta i upotrebljivosti prirodnih i otpadnih voda uzima se u obzir i njihova zagađenost bakterijama, virusima i drugim vrstama mikroorganizama. Za mikrobiološku ocenu kvaliteta vode od značajnije ukupni broj mikroorganizama, a još je važnije da li su prisutni, i u kojim količinama, patogeni mikroorganizmi koji su uzročnici raznih bolesti. Mikrobiološka zagađenost je od posebnog značaja kod vode za piće koja se, stoga, podvrgava dezinfekciji. Pod dezinfekcijom podrazumevamo hemijske i fizičke postupke obrade vode u cilju eliminacije mikroorganizama. Smatramo da je ne podesan izraz sterilizacija vode jer voda za piće nije sterilna (sadrži mali broj ne patogenih mikroorganizama), pa se i postupak ne može nazvati sterilizacijom.

Dezinfekcija vode se obično obavlja kao završna operacija obrade prirodnih i otpadnih voda, a može se vršiti raznim hemijskim i fizičkim postupcima. Razmotrićemo osnovne principe najvažnijih i najčešće primenjivanih hemijskih i fizičkih postupaka.

7.7.1. Principi i hemizam dezinfekcije vode hemijskim postupcima

Hemijski postupci dezinfekcije vode baziraju se na osobini jakih oksidacionih sredstava da putem oksidacije menjaju hemijski sastav većine organskih materija, a neke od njih mogu i potpuno razoriti. Jaka oksidaciona sredstva (Cl2, O2, HNO3) razaraju tkiva živih organizama, pa tako uništavaju i razne mikroorganizme prisutne u vodi. Sem mikroorganizama, taka oksidaciona sredstva oksidiraju i druga organska jedinjenja, kao i neke neorganske materije (reduktivna sredstva) prisutne u vodi. Pošto boja vode, a često i strani mirisi i ukus, potiču obično baš od takvih jedinjenja, prilikom dodavanja jakih oksidacionih sredstava radi dezinfekcije vode postiže se i njeno obezbojavanje i eliminisanje stranih mirisa i ukusa. Sem toga, oksidacijom se menjaju i inaktiviraju i neke otrovne primese u vodi (cijanidi, pesticidi itd.), a postiže se i znatno lakša i bolja koagulacija i flokulacija suspendovanih primesa iz vode.

Kao što vidimo, dodavanjem hlora (hlorisanje), ozona (ozonacija) ili drugih jakih oksidacionih sredstava postižemo: znatno smanjenje broja mikroorganizama (dezinfekcija), obezbojavanje, eliminisanje stranog mirisa i ukusa, inaktiviranje nekih otrova i olakšavamo bistrenje vode. Zbog toga se često vrši i takozvano prethodno hlorisanje ili ozonizacija zagađenih prirodnih i otpadnih voda da bi se postigli svi navedeni korisni efekti takvog tretmana još u početnoj fazi obrade i prečišćavanja vode. Takav prethodni tretman vode ne može zameniti završnu dezinfekciju vode na kraju njene obrade, koja se i u tom slučaju obavlja.

Efikasnost dezinfekcije vode hemijskim postupcima zavisi u velikoj meri od sastava i osobine vode i od vrste i koncentracije oksidacionog sredstva (dezinficijensa).

Brzina i efikasnost dezinfekcije zavisi u velikoj meri od brzine difuzije dezinficijensa kroz opne ćelija mikroorganizama. Difuzija će svakako biti brža i intenzivnija ako je veća koncentracija dezinficijensa i veća temperatura vode. Tako i«, na primer, za sniženje kolititra za 99,6%, pri pH 7 i koncentraciji hlora od o,o5 mg/dm3, potreban 4 minuta na 5°C i svega 2,5 minuta na 20°C. Pri istoj koncentraciji dezinficijensa i temperature vode, kroz opne ćelija lakše prolaze neutralni molekuli od hidratisanih g’ona dezinficijensa. To je razlog što je veća efikasnost hlorisanja pri nižim pH vrednostima vode, jer će u tom slučaju u vodi biti više HCIO molekula i manje CIO- jona čije prodiranje u ćeliju je otežano.

Efikasnost dezinfekcije takođe u velikoj meri zavisi od sastava vode, a pre svega od vrste i količine mikroorganizama, suspendovanih materija, organskih materija i drugih reduktivnih supstanci. Prisustvo organskih materija i drugih reduktivnih supstanci usporava proces dezinfekcije vode jer se oksidaciono sredstvo troši i na njihovu oksidaciiu. Međutim ako dodamo dovoljnu količinu dezinfekcijensa, možemo i u tom slučaju postići dobru efikasnost dezinfekcije ali uz veći utrošak dezinficijensa. Suspendovane materije usporavaju i otežavaju uništavanje mikroorganizama jer ih pokrivaju i tako štite od dezinficijensa, sem toga, mogu i same trošiti dezinficijensi ukoliko sadrže organske materije i druge reduktivne supstance. Što se tiče uticaja vrste i količine mikroorganizama u vodi na efikasnost dezinfekcije, treba da znamo da postoje znatne razlike u otpornosti pojedinih vrsta mikroorganizama prema dejstvu dezinfekcionih sredstava. Sem toga, efikasnost dezinfekcije zavisi i od ukupne količine mikroorganizama u vodi. Pri istoj temperaturi i koncentraciji dezinficijensa dezinfekciju će preživeti utoliko veći broj mikroorganizama što ih je bilo više u vodi pre dezinfekcije, odnosno za postizanje istog stepena dezinfekcije moraćemo utrošiti toliko više dezinficijensa koliko je bila veća primarna biološka zagađenost vode.

U principu bi se za dezinfekciju vode moglo koristiti svako jako oksidaciono sredstvo (Cl2, KMnO4, O3, H2O2 itd), međutim, uglavnom iz komercijalnih razloga, najčešće se koriste hlor (Cl2), neka jedinjenja hlora (hipohloriti) i ozon (O3). Voda dobivena dezinfekcijom ozonom je boljeg kvaliteta jer se pri hlorisanju vode mogu nagraditi neka jedinjenja koja nepovoljno utiču na kvalitet i organoleptičke osobine vode za piće, ali je dezinfekcija vode ozonom skuplja, pa se za te svrhe više koristi hlor ili hipohloriti.

7.7.1.1. Principi dezinfekcije vode hlorisanjem

Dezinfekciono dejstvo hlora i hipohlorita se zasniva na baktericidnom dejstvu hipohloraste kiseline (HCIO) i njenog anjona (ClO-). Rastvaranjem u vodi hlor hidrolizuje uz stvaranje HCIO i HCl:

Cl2 + H2O → HClO + HCl

Rastvaranjem hipohlorita u vodi stvaraju se joni ClO- njihovom jonizacijom:

NaClO ↔ Na + ClO- (natrijumhipohlorit)

Ca(ClO)2 ↔ Ca2+ + 2ClO- (kakijumhipohlorit)

Ca(ClO)Cl ↔ Ca2+ + ClO- + Cl- (hlorni kreč)

Sa prisutnim H+ iz vode stvaraju se i neutralni molekuli hipohloraste kiseline:

H+ + ClO- ↔ HClO

Dezinfekciono dejstva hlora i hipohlorita u velikoj meri zavisi od pH vode. Kao što vidimo iz slike 7.1., sa povišenjem pH sve je mange dezinfekciono dejstvo hlora u vodi, što se delimično može pripisati većoj otpornosti bakterija prema dezinficijensima pri višim pH vrednostima, ali je glavni razlog u činjenici što se sa povišenjem pH (smanjenjem konc. H+) pojačava disocijacija hipohloraste kiseline (HClO ↔ H+ + CIO) uz povećanje količine CIO- smanjenja koncentracije neutralnih molekula HCIO (sl.7.2.). Već smo rekli da su neutralni molekuli HCIO efikasniji dezinficijens jer lakše prodiru kroz opne ćelija od jona ClO-.

Slika 7.1. Uticao pH vode na dezinfekcionu sposobnost hlora
Izostavljeno iz prikaza

Slika 7.2. Uticaj pH na količine Cl2, HClO i ClO- u vodeno rastvoru hlora
Izostavljeno iz prikaza

Iz slike 7.2. takođe vidimo da u jako kiselim vodenim rastvorima (pH < 4) rastvoreni hlor ne hidrolizuje nego se nalazi u elementarnom stanju.

Već smo rekli da hipohlorasta kiselina, nastala hidrolizom hlora ili disocijacijom hipohlorita, reaguje i sa u vodi prisutnim organskim jedinjenjima i drugim reduktivnim sredstvima. Nećemo ulaziti u razmatranje hemizma tih reakcija, jedino ćemo se malo upoznati sa takozvanim hloraminima koji nastaju međusobnom reakcijom hipohloraste kiseline (HCIO) sa amonijakom i sa organskim jedinjenjima koja u svom sastavu sadrže amino-grupe (-NH4). Zavisno od količine hlora i pH vode, stvaraju se: mono-hloramini (NH4Cl, di-hloramini (NHCl-) ili tri-hloramini (NCl3):

NH3 + HClO → NH2Cl + H2O

NH2CI + HClO → NHCl2 + H2O

NHCl2 + HClO → NCl3 + H2O

Stvoreni hloramini imaju, takođe, dezinfekciono dejstvo na mikroorganizme, pošto hidrolizom mogu da stvaraju HCIO. Međutim, hloramini deluju znatno sporije i imaju znatno slabije dezinfekciono dejstvo od elementarnog hlora i hipohlorita. Stoga hlor vezan u hloraminima nazivamo vezani hlor. a hlor prisutan u obliku Cl2, HCIO i ClO- ini sadržaj aktivnog hlora u vodi. Ako vodi dodamo dovoljan višak hlora, hloramini će se potpuno oksidirati i neće biti više vezanog hlora. Pored hloramina, pri hlorisanju vode koga sadrži razne organske primese stvaraju se i druga jedinjenja sa hlorom, koja mogu nepovoljno uticati na ukus i miris vode. Tako se između fenola i hlora grade jedinjenja koja vodi daju neugodan miris i ukus.

Za uspešnu dezinfekciju i dobivanje vode dobrih organoleptičkih osobina vrlo je važno pravilno doziranje hlora. Potrebna doza hlora se mora za svaku vodu utvrditi probnim hlorisanjem, koje se izvodi tako što se u 5-6 posuda odmeri po litar vode, dodaju se različite količine aktivnog hlora (Cl2 ili hipohlorita), dobro se promeša i nakon 50 minuta se u svakom uzorku određuje količina slobodnog i vezanog hlora. Na osnovu tako dobivenih rezultata se dobija kriva vezivanja hlora, pomoću koje se utvrđuje optimalna doza za hlorisanje ispitivane vode. Optimalnom se smatra doza hlora kojom se postiže da u vodi nakon 5° minuta ostane višak oko 0,3 mg/dm3 aktivnog hlora. Potrebni višak zaostalog aktivnog hlora nakon 3o minuta zavisi i od pH vode i treba da bude utoliko veći što je viša pH vrednost, osetno ga treba povećati ako je pH veće 8. Potrebna doza hlora je Jako zavisna od sastava vode, a posebno od količine mikroorganizama i drugih organskih materija, kao i od količine suspendovanih materija u vođi. Pri prethlorisanju mutnih voda količine potrebnog aktivnog hlora se kreću obično između 5 i 15 mg/dm3, dok je za hlorisanje obrađene bistre vode obično dovoljno 1 do 2 mg/dm3. Obično se računa na vreme trajanja kontakta hlora i vode od minuta; ako želimo skratiti to vreme moramo povećati dozu hlora da bismo postigli zadovoljavajući stepen dezinfekcije i dobar kvalitet hlorisane vode.

Proces hlorisanja prečišćene vode se skoro uvek vrši kod vode za piće radi uništavanja zaostalih mikroorganizama. O primeni hlorisanda (prethlorisande) mutne vode treba, pre odstranjivanja suspendovanih materijala, dobro razmisliti i detaljno ispitati sastav vode, der pored niza povoljnih (bolja koagulacija i flokulacida obezbojavanje, smanjenje bakteriološke zagađenosti itd.) mogu nastati i nepovoljne posledice po kvalitet prečišćene vode. Nepovoljne promene, uzrokovane prethlorisanjem neprečišćene vode, mogu imati za posledicu stvaranje lošeg mirisa i ukusa vode, kao posledicu stvaranja raznih jedinjenja između hlora i prisutnih organskih materija. Sem toga, neka od tako stvorenih jedinjenja (na primer, trihalometanj THM) su štetna i po ljudsko zdravlje. Količine ovakvih štetnih materija će biti utoliko veće što je veća količina organskih materija i niži prilv vode i što veću količinu hlora dodamo prilikom prethlorisanja.

7.7.1.2. Principi dezinfekcije vode ozonom

Ozon je jedno od najjačih oksidacionih sredstava jer je nestabilan i spontano se razlaže na molekul (0P) i slobodni atom (0) kiseonika, koji je hemijski vrlo aktivan:

O3 → O2 + O

Brzina ovog procesa razlaganja ozona se povećava sa porastom temperature, ali i koncentracija rastvorenih soli u vodi, što znači da će u takvim uslovima biti brže i intenzivnije dezinfekciono (baktericidno) dejstvo ozona u vodi. Baktericidno dejstvo ozona se zasniva na oksidaciji encima mikroorganizama, bez kojih oni ne mogu živeti.

Pored baktericidnog dejstva, ozon oksidisa i druge organske materije i reduktivna sredstva u vodi. Između ostalog, ozon razara većinu materija koje vodi daju boju, ukus i miris, a povoljno utiče i na koagulaciju i flokulaciju suspendovanih materija. Prema tome, prethodnim tretmanom neobrađene vode ozonom možemo odstraniti veći broj nepoželjnih primesa i olakšati procese bistrenja vode. Što je najvažnije, za razliku od hlora, ozon pri tome ne stvara sa organskim materijama jedinjenja lošeg ukusa ili mirisa, niti stvara po zdravlje štetna jedinjenja. To je i glavna prednost ozona u odnosu na hlor, a jedini razlog što se on ne koristi u još većoj meri je u tome što je ozon prilično skup.

Posto brže deluje od hlora, potrebno vreme kontakta ozona sa vodom se kreće između 5 i 2o minuta, zavisno od sastava, temperature i pH vode. Potrebna doza, u slučaju da treba samo da dezinficira bistru vodu, kreće se oko 1 mg/dm3, a ako treba i da vrši obezbojavanje i uništavanje neugodnog ukusa i mirisa vode, potrebna je znatno veća doza ozona (i do 4 mg/dm3).

7.7.1.3. Osnovne osobine oksidacionih sredstava koja se koriste za dezinfekciju vode

Kao što smo iz prethodnog izlaganja videli, za hemijsku dezinfekciju vode se koriste: ozon, hlor i jedinjenja koga sadrže aktivni hlor (NaClO, Ca(ClO)2, Ca(ClO)Cl, CIO2). Da bismo ova dezinfekciona sredstva pravilno koristili i da bismo bili svesni njihovog mogućeg štetnog dejstva na naše zdravlje, moramo se upoznati sa najvažnijim osobinama tih materijala.

Ozon (O3) je na običnoj temperaturi bezbojan gas koji se u vodi slabo rastvara (na 10°C 1,04 g/dm3, na 30°C svega 0,45 g/dm3).

Proizvodi se propuštanjem suvog vazduha između elektroda sa visokim naponom, pri čemu se prisutni kiseonik delimično oksidira u ozon (3O2 → 2 O3).

Ozon nije štetan samo za mikroorganizme, on’ uništava sve organske materije, pa i tkiva svih živih organizama ako ga ima u dovoljnoj koncentraciji. Ozon je, stoga, otrovan gas koji napada organe za disanje i centralni nervni sistem. U prostorijama gde se nalaze .ljudi dozvoljena maksimalna doza ozona je 0,0001 mg/dm3. Sem toga, ozon je vrlo agresivan prema raznim materijalima, a naročito je agresivan prema metalima o čemu, takođe, moramo voditi računa pri njegovog upotrebi za dezinfekciju-vode.

Hlor (Cl2) je na običnoj temperaturi i pritisku žućkasti gas oštrog neugodnog mirisa. Otrovan je, izaziva kašalj, gušenje, glavobolju, a takođe i bol u grudima i stomaku. U prostorijama ga ne sme biti više od 0,001 mg/dm3 vazduha.

U slučaju trovanja hlorom, zatrovanog treba što pre izneti na čist vazduh, gde treba da miruje. Potrebno ga je što pre prebaciti do najbliže bolnice ili ambulante. U prostoriji u kojoj se jako oseća miris hlora sme se ući samo sa gas maskom.

Rastvorljivost hlora zavisi od temperature, pritiska i pH vode. U vodi hidrolizuje:

Cl2 + H2O → HClO + HCl

Suvi hlor nije agresivan, ali je njegov vodeni rastvor agresivan prema većini materijala, a naročito prema metalima.

Hlor se transportuje u tečnom stanju u čeličnim bojama pod pritiskom od 6-8 bara. Tečni hlor je žuto-zelena uljasta tečnost, koja se dobija ako se gasoviti hlor na 18°C izloži pritisku većem od 5 bara. Pre upotrebe za dezinfekciju, tečni hlor se prevodi u gasovito stanje u kom obliku se unosi u vodu.

Kakijum-hipofalorit (Ca(ClO)2) se dobija uvođenjem gasovitog hlora u krečno mleko:

2Ca(OH)2 + 2Cl2 → CaClO2 + CaCl2 + 2H2O

Količina aktivnog hlora se kreće između 30 i 45%. Nije higroskopan i ne gubi aktivni hlor ako se skladišti u hladnoj i mračnoj prostoriji. Dezinfekciono dejstvo je posledica oslobađanja ClO- pri jonizaciji u vodi:

Ca(ClO)2 ↔ Ca2+ + 2ClO-

Pri dezinfekciji se vodi dodaje u obliku 1-2% rastvora. Koristi se za sterilizaciju manjih količina vode (potrošnja do 10 kg hlora na dan).

Hlorni kreč (Ca(ClO)Cl) se dobija reakcijom pečenog kreča (CaO) i gasovitog hlora. Pri skladištenju, naročito u vlažnom prostoru, hlorni kreč postepeno gubi aktivni hlor. Upotrebljava se na sličan način kao i kakioumhipohlorit.

Hlor-dioksid (ClO2) je-gas žuto-zelene boje, nepostojan na svetlosti. U vodi se pri 18°C rastvori 5 g/dm3. U odnosu na hlor ima prednost što sa fenolima ne daje neugodan miris, pa se obično koristi za dezinfekciju vode zagađene fenolima. U neutralnoj sredini je jednako baktericidan kao hlor, međutim, pri pH > 7,5 ima veću baktericidnost od hlora. Obično se koristi samo za dezinfekciju voda jako zagađenih organskim jedinjenjima jer je skuplji od hlora.

7.7.2. Principi fizičkih postupaka dezinfekcije vode

Fizički postupci dezinfekcije vode se znatno manje koriste od hemijskih postupaka, pa ćemo samo u najkraćim crtama izneti principe nekih od njih.

Od fizičkih postupaka dezinfekcije vode vredi spomenuti postupke bazirane na baktericidnom dejstvu ultravioletnih i gama zraka i postupke sa ultrazvukom. Za redovnu praksu ne dolaze u obzir termički postupci dezinfekcije vode, ali se oni u izuzetnim prilikama (poplave, zemljotresi i sl.) koriste kada nema drugih mogućnosti. Termički postupak dezinfekcije vode se izvodi ključanjem vode, pri čemu se uništavsju prisutni mikroorganizmi visokom temperaturom.

7.7.2.1. Principi dezinfekcije vode baktericidnim zračenjem

Za dezinfekciju prečišćene vode se mogu koristiti ultravioletni zraci, a od jonizirajućih zračenja su za te svrhe najpodesniji gama zraci koje emituju radioaktivni izotopi.

Ultravioletni zraci su baktericidni jer su štetni za nukleinske kiseline, koje su nosioci genetskih osobina mikroorganizama. Prema tome, ultravioletni zraci ne ubijaju mikroorganizme nego samo sprečavaju njihovo razmnožavanje, što ima dobar baktericidni efekat. Razne vrste bakterija su različito otporne na ultravioletne zrake, pa su za njihovo inaktiviranje potrebne različite doze zračenja. Inače je ovaj postupak vrlo jednostavan i postiže sniženje broja bakterija za oko 90%. Međutim, može se primeniti samo za dezinfekciju bistre vode koja iznad izvora ultravioletnih zraka protiče u tankom mlazu, pošto se ovi zraci znatno apsorbuju u vodi i efikasno deluju samo do dubine od 2-3 cm.

7.7.2.2. Principi dezinfekcije vode ultrazvukom

Ultrazvuk, sa frekvencijom većom od 2o kiloherca, ubrzava oksidadione procese i uzrokuje koagulaciju belančevina, što ima za posledicu uništenje mikroorganizama tretiranih ultrazvukom. Baktericidni efekat zavisi od frekvencije, intenziteta i trajanja delovanja ultrazvuka. Najveći baktericidni efekat ima ultrazvuk frekvencije 5oo-looo kiloherca.

Iako se ovim postupkom vrlo efikasno uništavaju čak i spore bakterija, još se ne primenjuje u praksi u znatnijoj meri jer još nisu izrađena dobra tehnička rešenja uređaja za proizvodnju ultrazvuka.