U poslednje vreme u svetu se posebna pažnja poklanja problemu zaštite prirode, racionalnom, naučno zasnovanom, kompleksnom iskorišćavanju prirodnih resursa, uključujući i vodne.

Posebno velika pažnja je posvećena pitanjima kompleksnog i planskog iskorišćavanja vodnih resursa, usavršavanju aktivnosti na akumulaciji vode, povećanju efikasnosti rada postrojenja za prečišćavanje, razradi novih metoda prečišćavanja vode, uspostavljanja reverzibilnih vodenih sistema i podizanja tehnoloških šema, koje ne stvaraju otpad.

Razvoj industrije i industrijalizacija poljoprivredne proizvodnje dovele su do šire primene površinskih voda za vodosnabdevanje. Istovremeno, sastav vode se usložnjava, jer u nju dospevaju jedinjenja koja se koriste u svakodnevnoj praktičnoj delatnosti ljudi. Zbog toga i šema prečišćavanja takvih voda postaje sve složenija.

Potreba neophodne zaštite vodenih bazena od zagađenja otpadnim vodama industrijskog porekla diktira stroge norme dozvoljenog sadržaja primesa u tim vodama. Razrada i uključivanje u praksu novih savremenih metoda prečišćavanja prirodnih i otpadnih voda i usavršavanje metoda kontrole kvaliteta vode za različite namene iziskuju potrebu za rukopisom „Hemija i mikrobilogija voda“. Posebna pažnja je posvećena opisu fizičko-hemijskih osnova savremenih metoda pripreme vode i prečišćavanju proizvodnih otpadnih voda, određivanju uloge mikroorganizama u procesu samoprečišćavanja vodenih bazena i biološkom prečišćavanju otpadnih voda.

Budući da se podaci o mnogim fizičko-hemijskim i mikrobiološkim procesima u opšteobrazovnim kursevima daju u vrlo sažetom, opisnom obliku, ili ih uopšte nema, sasvim je opravdano dati kratak uvod o svojstvima vode, rastvora i disperznih sistema. Tabele, koje prate tekst, sadrže informativni materijal, neophodan za proučavanje ovog kursa.

Imajući u vidu, da se tehnološki aspekti procesa pripreme i prečišćavanja otpadnih voda razmatraju u specijalnim kursevima, ovde će se korišćeni uređaji i postrojenja samo pomenuti. U granicama svojih mogućnosti trudili smo se da damo potrebnu količinu informacija, izbegavajući mogućnost da se tekst optereti nepoznatim terminima. Mislimo da knjigu mogu da koriste studenti i stručnjaci, koji rade u oblasti vodosnabdevanja, kanalizacije i higijene vode.

Čitaocima, koje interesuje specijalna literatura iz pojedinih oblasti ovog kursa, predlažemo nekoliko najvažnijih publikacija, datih u popisu literature.
Zahvaljujemo se recenzentima na dragocjenim savetima i kritičkim primedbama.

Autori

Sadržaj

Uvod

HEMIJA VODA

DEO I TEORIJSKE OSNOVE HEMIJE VODA

Glava I Svojstva vode i vodenih rastvora
Voda kao hemijsko jedinjenje
Pojam sistema, faze i komponenata. Dijagram stanja vode
Struktura vodenih rastvora
Rastvorljivost različitih materija u vodi
Svojstva rastvora
Teorija jakih elektrolita
Proizvod rastvorljivosti
Kinetika hemijskih reakcija
Jonski proizvod vode. Vodonični eksponent
Hidroliza soli
Puferni rastvori
Aktivna, ukupna i slobodna kiselost vode
Aktivna, ukupna i slobodna alkalnost vode
Oksido-redukcioni procesi

Glava II Prirodne vode
Kruženje vode u prirodi. Resursi vode u svetu
Fizičko-hemijske karakteristike prirodnih voda
Hemijski ingredijenti prirodnih voda i njihov značaj za ocenu kvaliteta vode
Osnovni pokazatelji kvaliteta vode. Zahtevi koji se postavljaju u odnosu na vodu za privredno-komunalno i industrijsko vodosnabdevanje

DEO II FIZIČKO-HEMIJSKE OSNOVE PREČIŠĆAVANJA PRIRODNIH I OTPADNIH VODA

Glava III Omekšavanje i desalinizacija vode
Tvrdoća vode
Reagensne metode omekšavanja voda
Metod jonske razmene i njegova primena pri obradi vode
Desalinizacija vode
Ugljena kiselina i njeni oblici u vodi
Stabilnost vode
Korozija gvožđa u vodi
Korozija betona u vodi
Fizičko-hemijski uslovi uklanjanja suspendovanih koloidnih primesa
Obrada vode pomoću koagulanata
Osobine koagulanata i flokulanata
Bezreagensne metode koagulacije
Uklanjanje jedinjenja gvožđa i mangana iz vode
Desilifikacija vode
Fluorisanje i defluorisanje vode
Uklanjanje rastvorljivih gasova iz vode
Prečišćavanje prirodnih voda od organskih primesa

Glava IV Dezinfekcija vode
Hlorisanje vode
Dezinfekcija vode solima teških metala
Ozoniranje vode
Fizičke metode dezinfekcije vode

Glava V Otpadne vode i metode njihovog prečišćavanja
Osobine proizvodnih otpadnih voda
Osnovne primese proizvodnih otpadnih voda
Osnovni pokazatelji stepena zagađenosti otpadnih voda
Uslovi ispuštanja otpadnih voda u vodene bazene

Glava VI Pregled metoda prečišćavanja proizvodnih otpadnih voda
Fizičko-hemijske metode prečišćavanja proizvodnih otpadnih voda
Hemijske metode prečišćavanja otpadnih voda
Spaljivanje organskih primesa iz otpadnih voda
Prečišćavanje vode od radioaktivnih izotopa (dekontaminacija)

MIKROBIOLOGIJA VODA

DEO I OSNOVE OPŠTE MIKROBIOLOGIJE

Predmeti i zadaci mikrobiologije
Istorijski razvoj mikrobiologije voda
Glava I Osnovne informacije o morfologiji i sistematici mikroorganizama
Glava II Fiziologija mikroorganizama
Glava III Uticaj ekoloških faktora na mikroorganizme

DEO II RASPROSTRANJENOST MIKROORGANIZAMA U PRIRODI

Glava IV Tipologija vodenih basena i ekološke niše mikrooorganizama
Klasifikacija i tipologija vodenih basena
Ekološke niše vodenih basena
Biocenoze prirodnih vodenih basena
Priroda i izvori zagađenja voda
Ispitivanje kvaliteta vode sa mikrobiološkog aspekta
Mikroorganizmi kao sanitarni pokazatelji kvaliteta vode
Fito- i zooplankton
Zone saprobnosti
Određivanje mctaboličke aktivnosti organizama u vodi
Perifiton
Procesi autopurifikacije (samoočišćenja) voda
Uticaj mikroorganizama i proizvoda njihove aktivnosti na kvalitet vode
Otpadne vode
Značaj mikroorganizama u procesima prečišćavanja otpadnih voda
Postupci i uređaji za biološko prečišćavanje otpadnih voda
Prečišćavanje aktivnim muljem
Mikrofauna aktivnog mulja
Prečišćavanje biofiltrima
Prečišćavanje u aerisanim jezerima i lagunama
Zemljišne metode prečišćavanja otpadnih voda
Zemljišni mikroorganizmi i enzimi kao indikatori zagađenosti zalivnih voda
Praćenje mikrobioloških i bioloških procesa pri obradi otpadnih voda
Biohemijski procesi razgradnje sedimenata otpadnih voda
Prognoza formiranja bakterioplanktona i kvaliteta vode
Aerobna stabilizacija sedimenta

DEO III ULOGA MIKROORGANIZAMA U KRUŽENJU MATERIJE U VODENIM BASENIMA

Glava V Kruženje ugljenika
Aerobna razgradnja organskih materija
Aerobni procesi razlaganja bezazotnih organskih materija
Zajednička usmerenost aerobnih procesa
Opšti principi izdvajanja čistih kultura aerobnih bakterija
Anaerobna razgradnja organskih materija
Anaerobni procesi razlaganja bezazotnih organskih materija

Glava VI Kruženje sumpora
Razlaganje jedinjenja sa sumporom
Sulfatredukujuće bakterije
Bakterije reducenti sumpora
Truležne bakterije – producenti H2S
Fotosintetizirajuće bakterije
Hemolitotrofne sumporoksidirajuće bakterije
Bezbojne sumporne bakterije
Jednoćelijske bezbojne sumporne bakterije
Nitaste bezbojne sumpome bakterije

Glava VII Kruženje azota
Aerobni procesi razlaganja azotnih organskih materija
Anaerobni procesi razlaganja azotnih organskih materija
Procesi kruženja azota u površinskim vodama
Amonifikacija
Azotofiksirajući mikroorganizmi
Aerobne azotofiksirajuće bakterije
Anaerobne azotofiksirajuće bakterije
Asocijativna azotofiksacija
Nitrifikacione bakterije
Heterotrofna nitrifikacija
Denitrifikacija i disimilaciona redukcija nitrata

Glava VIII Kruženje gvožđa i mangana
Mikrobiološka redukcija gvožđa i mangana
Mikrobiološka oksidacija gvožđa i mangana
Obligatne acidofilne gvožđevite bakterije
Mikroorganizmi koji gvožđe i mangan oksidišu u neutralnoj i alkalnoj reakciji sredine
Gvožđevite bakterije

Glava IX Kruženje fosfora
Fosfor u slatkim vodama
Distribucija organskog i neorganskog fosfora u vodama
Oslobađanje fosfora iz sedimenata
Kruženje fosfora između akvatičnih angiospermi i bentosnih organizama
Kruženje fosfora u epilimnionu
Odnos usvajanja fosfora kod algi i bakterija
Unošenje fosfora i azota i produktivnost algi

Glava X Kruženje silicijuma
Oblici i izvori silicijuma
Distribucija silicijumdioksida u jezerima
Dijatomejska utilizacija i uloga silicijumdioksida

DEO IV ODREĐIVANJE INTENZITETA MIKROBIOLOŠKIH PROCESA

Glava XI Primena inhibitorne analize za izučavanje intenziteta mikrobioloških procesa u prirodnim sredinama

Određivanje produkcije i destrukcije organske materije u vodenim basenima
Određivanje produkcije i destrukcije organske materije kiseoničnom metodom Vinberga
Određivanje intenziteta fotosinteze fitoplanktona radioizotopnom metodom
Određivanje 24-ne fotosinteze u površinskom uzorku vode pomoću izotopne metode
Određivanje zavisnosti inteziteta fotosinteze od prozirnosti vode (izračunavanje korekcionog koeficijenta Kc)
Odredivanje zavisnosti intenziteta fotosinteze od vertikalne distribucije fitoplanktona (izračinavanje korekcionog koeficijenta Kb)
Određivanje ukupne radioaktivnosti vode nakon dodavanja obeleženog ugljendioksida
Određivanje ukupne količine ugljendioksida u vodi
Izračunavanje produkcije organske materije tokom fotosinteze u uzorku vode
Izračunavanje fitoplanktonske produkcije organske materije u procesu fotosinteze sa 1m2 površine vodenog basena
Određivanje produkcije organske materije od strane fototrofnih sumpornih bakterija
Određivanje količine proizvoda fotosinteze koje u okolnu sredinu izdvajaju ćelije fitoplanktona ili fotosintetizirajuće bakterije
Određivanje intenziteta tamne faze asimilacije CO2
Određivanje intenziteta tamne asimilaeije CO2 u vodi
Određivanje intenziteta tamne asimilacije CO2 u talozima mulja
Bakterijsko usvajanje organske materije ili heterotrofna aktivnost bakterija
Određivanje destrukcije organske materije kiseoničnom metodom
Određivanje destrukcije organske materije u vodi
Određivanje destrukcije organske materije u sedimentima mulja
Određivanje koeficijenta energetske razmene K2
Određivanje intenziteta disanja bakterija
Određivanje vremena udvajanja ukupne brojnosti bakterija
Određivanje vremena udvajanja bakterijske mase
Određivanje intenziteta procesa stvaranja metana
Frakcionisanje izotopa ugljenika u procesima stvaranja metana
Određivanje intenziteta procesa oksidacije metana u vodi
Frakcionisanje stabilnih izotopa ugljenika tokom oksidacije metana
Određivanje intenziteta procesa fiksacije slobodnog azota
Određivanje intenziteta procesa nitrifikacije
Odredivanje intenziteta procesa denitrifikacije
Određivanje intenziteta procesa redukcije sulfata i sumpora radioizotopnom metodom
Određivanje intenziteta redukcije sulfata i dijagenetskog preobražaja vodonik-sulfida
Određivanje intenziteta redukcije elementarnog sumpora
Frakcionisanje stabilnih izotopa sumpora u toku bakterijske redukcije sulfata
Određivanje intenziteta procesa oksidacije redukovanih jedinjenja sumpora radioizotopnom metodom

PRILOZI

Mikroelementi i vitamini koji ulaze u sastav hranljivih podloga
Autolizat kvasca
Opšta uputstva za pripremu rastvora vitamina
Priprema silikatnog gela
Pravila tehnike predostrožnosti pri radu sa indikatorskim dozama radioaktivnih izotopa
Određivanje oksido-redukeionog potencijala
Određivanje kiseonika rastvorenog u vodi metodom Vinklera
Biohemijska potrošnja kiseonika (BPK)
Određivanje enzimske aktivnosti u uzorcima prirodnog materijala i u kulturama bakterija
Određivanje uticaja različitih faktora na mikroorganizme u kratkotrajnim ogledima sa 14C
Pripremanje rastvora kiselo-alkalnih indikatora po Klarku

LITERATURA

Uvod

Racionalno iskorišćavanje vodnih resursa je jedno od najvažnijih savremenih pitanja. Razvoj industrije, industrijalizacija poljoprivrede i širenje naselja vodi stalnom porastu potrošnje vode. Čovečanstvo svakog dana troši do 7-KTt vode, što je ekvivalentno ukupnoj godišnjoj količini dobijenog rudnog blaga. Osnovni potrošači vode su hemijska i naftna industrija, indusrija celuloze i papira, crna i obojena metalurgija, energetika i melioracije.

Velike količine vode se koriste za navodnjavaje i održavanje stočarskih kompleksa. Pojava novih proizvodnih tehnologija propraćena je primenom ili dobijanjem neorganskih i organskih reagenasa, koji često postaju komponente otpadnih voda. Početkom prošlog veka za praktične potrebe ljudi korišćena su 54 hemijska elementa, a sada više od 80. U tehnološke procese se, istovremeno, uključuju i nova organska jedinjenja, čije je dejstvo na vodene bazene i kvalitet upotrebljavane vode još nedovoljno proučeno. Naglo povećanje količine proizvodnih otpadnih voda sa primesama različitog hemijskog sastava dovelo je do znatnog zagađenja velikog broja različitih vodenih bazena. Neprestano povećanje potrošnje vode i odgovarajući porast količine ispuštenih otpadnih voda zahtevaju odlučno preduzimanje mera u pravcu pojačanog državnog nadzora potrošnje i zaštite vodnih resursa, razrade kompleksnih mera njihovog racionalnog iskorišćavanja i svestranog proučavanja problema vodoprivrede.

Ovi problemi se mogu rešiti samo uz kompleksan pristup. Pitanjima zaštite prirode, pa prema tome i vodnih resursa, mora se posvetiti velika pažnja. To podrazumeva aktivno učešće u radu mnogih međunarodnih organizacija, koje se bave pitanjima zaštite životne sredine. Ispitivanja, koja se vrše u naučno-istraživačkim institucijama, doprinose uvođenju novih, ekonomičnijih načina prečišćavanja, povećanju efikasnosti i intenziviranju postojećih metoda, omogućavaju da se smanji potrošnja vode za tehničke potrebe i da se u proizvodnju vrati deo dragocenog otpada.