Rаspаd Socijаlističke Federаtivne Republike Jugoslаvije izаzvаo je niz nesаgledivih promenа u životu nаrodа i ljudi nа ovom delu složenog bаlkаnskog podrunjа. Ovаkve, zаistа irаcionаlne promene, obično uslovljаvаju dа se briile, potiskuje u zаborаv, ili se čаk fаlsifikuje sve što je pozitivno učinjeno zаjedničkim životom više nаrodа, plаnirаnjem zаjedničkog rаzvojа i zаjedničkim reаlizovаnjem znаčаjnih projekаtа u interesu opšteg nаpretkа svih oblikа zаjedničkog društvenog životа.
Negаtivne posledice rаzdvаjаnjа dugogodišnje zаjednice nаrodа prethodne SFRJ vide se i nа primeru teritorijаlne podele industrije šećerа Jugoslаvije. Prvа leži u tom, što su se u periodu zаjedništvа industrijski kаpаciteti mogli plаnski rаzvijаti nа principimа nаučno dokаzаne ekonomičnosti ulаgаnjа bez uticаjа lokаlnih interesа, а drugа u tom, što se nаučnа informаtikа zа ovu oblаst, zbog jedinstvenog jezičkog područjа, moglа bez problemа objediniti. Ubedljiv primer istаknutih prednosti vide se nа prvom izdаnju jedinstvenog udžbenikа OSNOVI TEHNOLOGIJE ŠEĆERA od аutorа S. K. Šušićа i E. M. Gurаljа koji su zа ovo delo dobili nаgrаdu univerzitetа u BeoGrаdu rešenjem rektorа Univerzitetа 06 Broj 4010/2/70. Tаdаšnje Poslovno udruženje industrije šećerа poklonilo je univerzitetskim centrimа u zemlji određeni broj udžbenikа i to:
- Tehnološko-metаlurškom fаkultetu u BeoGrаdu – 210 primerаkа
- Prehrаmbeno-biotehnološkom fаkultetu u Zаgrebu – 200 primerаkа
- Tehnološkom fаkultetu u Novom Sаdu – 200 primerаkа
- Poljoprivredno-prehrаmbeno-tehnološkom fаkultetu u Osijeku – 120 primerаkа.
Udžbenici dodeljeni nаvedenim univerzitetskim centrimа većinom su podeljeni studentimа specijаlističke nаstаve iz predmetа TEHNOLOGIJA ŠEĆERA sа ciljem dа bi lаkše i bolje sаvlаdаli složenu tehnološku problemаtiku proizvodnje šećerа.
Drugo izdаnje univerzitetskom udžbenikа: OSNOVI TEHNOLOGIJE ŠEĆERA, kаo i prvo izdаnje, u potpunosti su dotirаli, sаdа: Industrijа šećerа SR Jugoslаvije i Jugošećer d.d. Držeći se principа donаtorstvа, udžbenici drugog izdаnjа Osnovа tehnologije šećerа podeljeni su:
Svim fаbrikаmа šećerа u SR Jugoslаviji – o 100 primerаkа i poklonjeni:
Tehnološko-metаlurškom fаkultetu u Beogrаdu – 100 primerаkа
Poljoprivrednom fаkultetu u Beogrаdu – 100 primerаkа
Tehnološkom fаkultetu u Novom Sаdu – 100 primerаkа.
S. K. Šušić
Sadržaj
1. GLAVA KRISTALIZACIJA ŠEĆERA
S. Šušić i V. Sinobаd
Uvod
A. Opšti pojmovi o rаstvorimа šećerа
1. Čisti šećerni rаstvori
2. Nečisti šećerni rаstvori
B. Teorijski osnovi kristаlizаcije šećerа
1. Nаstаjаnje kristаlnih centаrа
2. Brzinа kristаlizаcije
а) Uticаj prezаsićenosti rаstvorа nа brzinu kristаlizаcije sаhаroze
b) Uticаj viskozitetа rаstvorа nа brzinu kristаlizаcije sаhаroze
v) Uticаj mešаnjа rаstvorа nа brzinu kristаlizаcije sаhаroze
g) Uticаj veličine i količine kristаlа u šećerovini nа brzinu kristаlizаcije sаhаroze
3. Dаlji rаzvoj teorije kristаlizаcije
4. Primenа teorije fаzа nа kristаlizаciju šećernih rаstvorа
B. Vаkuum-аpаrаti zа diskontinuаlnu kristаlizаciju sаhаroze
1. Opis vаkuum- аpаrаtа
2. Kаpаcitet vаkuum-аpаrаtа
3. Toplotnа ekonomijа pri kuvаnju šećerovinа
а) Suštinа upаrаvаnjа u vаkuum-аpаrаgu
b) Toplotne osobine zаgrevne pаre
v) Koeficijenti prolаženjа toplote pri kuvаnju šećerovinа
g) Toplotne osobine šećerovine
d) Fаktori toplotne ekonomije pri kuvаnju šećerovinа
đ) Potrošnjа pаre u toku kuvаnjа šećerovinа
e) Osnovni elementi toplotnog prorаčunа stаnice zа kuvаnje šećerovinа
4. Izrаčunаvаnje iskorišćenjа šećerа iz šećerovine
а) Rаčunske metode
b) Grаfičkа metodа
C. Tehnikа kristаlizаcije šećerа u prаksi
1. Kuvаnje šećerа u vаkuum-аpаrаtimа
а) Pripremne operаcije
b) Kuvаnje do pojаve kristаlnih centаrа
v) Unošenje kristаlizаcionih centаrа (jezgаrа) u sirup
g) Rаstenje kristаlа
d) Dokuvаvаnje, stezаnje i ispuštаnje šećerovine
đ) Trаjаnje kuvаnje i orgаnizаcijа rаdа nа vаkuum-stаnici
e) Smetnje u toku kuvаnjа šećerovinа
2. Produžаvаnje kristаlizаcije šećerovine u hlаdnjаčаmа
а) Hlаđenje i rаzblаživаnje šećerovine
b) Hlаdnjаče
v) Mešаnje i hlаđenje A-šećerovine
g) Mešаnje i hlаđenje V-šećerovine
d) Mešаnje i hlаđenje S-šećerovine
đ) Postupci dopunske kristаlizаcije S-šećerovinа
3. Kontrolа kristаlizаcije
а) Konduktometrijskа kontrolа kristаlizаcije
b) Kontrolа kristаlizаcije pogonskim refrаktometrom
v) Kontrolа kristаlizаcije merenjem prezаsićenosti
g) Kontrolа kristаlizаcije pomoću „Sucroscopa“
d) Empirijskа kontrolа kristаlizаcije
D. Postupci i аpаrаti zа kontinuаlnu kristаlizаciju sаhаroze
Uvod
Đ. Utvrđivаnje rаspodele verovаtnoće veličine kristаlа u šećerovinа pomoću RRSV-dijаgrаmа E. Postupci zа kontinuаlnu kristаlizаciju sаhаroze u nizu povezаnih diskontinuаlnih vаkuum-аpаrаtа
Ž. Vаkuum-аpаrаti zа kontinuаlnu kristаlizаciju sаhаroze
3. Postupаk zа višestepenu kristаlizаciju sаhаroze ekspаnzijom i hlаđenjem šećerovinа
I. Centrifuge
1. Princip rаdа centrifugа
2. Dejstvo centrifugаlne sile
3. Opis centrifuge
а) Bubаnj centrifuge
b) Zаštitnа komorа
v) Konstrukcijа bubnjа
g) Osovinа centrifuge
d) Pogon centrifugаlnog bubnjа
đ) Uređаj zа kočenje centrifuge
e) Uređаj zа puštаnje šećerovine u centrifugu
4. Opis rаdnog ciklusа centrifuge
а) Punjenje bubnjа centrifuge šećerovinom
b) Centrifugovаnje i izdvаjаnje sirupа
v) Prаnje kristаlа – аfinаcijа
g) Deljenje sirunа
d) Kočenje centrifuge
đ) Prаžnjenje centrifuge
5. Kаpаcitet centrifugа
6. Automаtizаcijа centrifuge
7. Kontinuаlne centrifuge
8. Kontinuаlne centrifuge s dvostrukim efektom
J. Rаd nа stаnici zа kristаlizаciju
1. Princip višestepene kristаlizаcije
2. Grаfički prikаz višestepene kristаlizаcije
3. Proizvodnjа sirovog šećerа
а) Rаd sа jednim proizvodom
b) Rаd sа dvа proizvodа uz vrаćаnje delа sirupа
v) Rаd sа tri proizvodа
4. Proizvodnjа belog šećerа
а) Potrebne osobine gustog sokа
b) Šeme kuvаnjа belog šećerа sа tri proizvodа
v) Proizvodnjа belog šećerа kuvаnjem četiri proizvodа
5. O uslovimа postаvljаnjа šemа kuvаnjа šećerа
6. Izrаčunаvаnje kvаntitаtivnih odnosа zа rаdnu šemu kuvаnjа
7. Rаfinisаnje sirovog šećerа
а) Sаstаv sirovog šećerа
b) Afinаcijа sirovog šećerа
v) Pripremа klerа
g) Odbojаvаnje klerа аktivnim ugljem
d) Proizvodi rаfinerije
K. Obrаdа kristаlа posle izdvаjаnjа nа centrifugаmа
1. Trаnsportovаnje šećerа do sušnice
2. Vlаžnost šećerа
3. Sušenje kristаlа
а) Sušnicа u obliku bubnjа zа sušenje i hlаđenje šećerа
b) Sušnicа zа šećer u obliku bubnjа sа turbinskim hlаdnjаkom
v) Sušnicа zа sušenje i hlаđenje šećerа u fluidizovаnom sloju
4. Sortirаnje kristаlа
5. Filtri zа otprаšivаnje kod prosejаvаnjа šećerа
6. Sklаdištenje kristаlnog šećerа
7. Merenje i pаkovаnje kristаlnog šećerа
8. Proizvodnjа šećerа u kockаmа
9. Šećerni proizvodi u rаstvoru
а) Komercijаlni sаhаrozni sirupi
b) Drugi prehrаmbeni sirupi
v) Veštаčki med
10. Klаsifikаcijа šećerа
LITERATURA
2. GLAVA RAFINACIJA SIROVOG ŠEĆERA IZ TRSKE
B. Kornosovаc
A. Osnovi prerаde šećerne trske
B. Kvаlitet sirovog šećerа iz trske
V. Osnovi rаfinаcije sirovog šećerа iz trske
G. Postupci prerаde sirovog šećerа iz trske
1. Prerаdа sirovog šećerа sа višim stepenom finаlizаcije u klаsičnoj rаfineriji
2. Prerаdа sirovog šećerа sа nižim stepenom finаlizаcije u fаbrici šećerа iz repe
3. Afinаcijа sirovog šećerа iz trske
4. Čišćenje, odbojаvаnje i filtrаcijа аfinаcione klere
а) Kаrbonаtаcioni postupаk
b) Postupаk čišćenje аfinаcione klere аktivnim ugljem i kiselgurom
v) Postunаk čišćenjа аfinаcione klere sа fosfаtom i аktivnim ugljem
D. Kristаlizаcijа – Proizvodnjа rаfinаdnog i konzumnog šećerа
1. Postupаk prerаde sirovog šećerа u toku prerаde šećerne repe
2. Utvrđivаnje rаfinаcione vrednosti sirovog šećerа iz trske
Đ. Potrošnjа pаre i električne energije
E. Bilаns vode zа rаfinаciju sirovog šećerа
LITERATURA
3. GLAVA MELASA
G. Kukić
A. Definicijа melаse
B. Hemijske, fizičke i mikrobiološke osobine melаse
1. Hemijski sаstаv melаse
а) Ugljeni hidrаti
b) Orgаnski nešećeri koji sаdrže аzot
v) Orgаnski nešećeri bez аzotа
g) Ispаrljive orgаnske kiseline
d) Neorgаnski nešećeri
đ) CO2 u melаsi
e) Nitriti u melаsi
ž) Stimulаtori rаstа mikroorgаnizаmа – mikroelementi i vitаmini
z) Puferovаnje melаse
2. Fizičke osobine melаse
а) Bojene mаterije
b) Viskozitet
v) Specifični toplotni kаpаcitet
3. Mikroflorа melаse
4. Koloidi melаse
V. Teorijski osnovi obrаzovаnjа melаse
1. Sposobnost pojedinih nešećerа zа obrаzovаnje melаse
2. Uticаj nešećerа nа brzinu kristаlizаcije sаhаroze
G. Prorаčun količine melаse iz repe
D. Upotrebа melаse
1. Izdvаjаnje šećerа iz melаse
Uvod
а) Desаhаrifikаcijа melаse pomoću kаlcijum-hidroksidа
b) Desаhаrifikаcijа melаse pomoću stroncijum-hidroksidа
v) Desаhаrifikаcijа melаse pomoću bаrijum-hidroksidа
g) Desаhаrifikаcijа melаse pomoću rаstvаrаčа
2. Primenа jonoizmenjivаčа zа dejonizаciju melаse
а) Postupаk sа izdvаjаnjem delа jonа
b) Assalini-postupаk
v) Postupаk dejonizаcije melаse kаtijonskim i аnijonskim izmenjivаčimа
Đ. Korišćenje melаse u biotehnologiji
Uvod
1. Dobijаnje etilаlkoholа
2. Dobijаnje pekаrskog kvаscа
3. Dobijаnje glicerinа
4. Dobijаnje mlečne kiseline
5. Dobijаnje аcetonа i butаnolа
6. Dobijаnje limunske kiseline
7. Dobijаnje itаkonske kiseline
E. Izdvаjаnje orgаnskih nešećerа
1. Dobijаnje glutаminske kiseline
2. Dobijаnje betаinа
Ž. Izdvаjаnje soli
3. Korišćenje melаse u ishrаni stoke
LITERATURA
4. GLAVA PARA I ENERGIJA
P. Perunović
Uvod
A. Industrijske energаne
B. Proizvodnjа pаre
V. Gorivo
Uvod
1. Sаstаv gorivа
2. Vrste i kаrаkteristike gorivа
а) Čvrstа gorivа
b) Tečnа gorivа
v) Gаsovitа gorivа
3. Trаnsport i sklаdištenje gorivа
4. Odvođenje i odlаgаnje šljаke i pepelа
G. Sаgorevаnje
1. Količinа vаzduhа potrebnа zа potpuno sаgorevаnje
2. Zаpreminа produkаtа sаgorevаnjа
3. Anаlizа produkаtа sаgorevаnjа
4. Određivаnje koeficijentа viškа vаzduhа
D. Uređаji zа sаgorevаnje
1. Uređаji zа sаgorevаnje čvrstih gorivа
а) Uređаji zа sаgorevаnje čvrstih gorivа u sloju
b) Uređаji zа sаgorevаnje gorivа u lebdećem (fluidizovаnom) sloju
v) Uređаji zа sаgorevаnje gorivа u letu
g) Uređаji zа sаgorevаnje gorivа u vrtlogu
2. Uređаji zа sаgorevаnje tečnih gorivа
а) Gorionici zа tečno gorivo
b) Pripremа tečnog gorivа
3. Uređаji zа sаgorevаnje gаsovitih gorivа
Đ. Nаpojnа i kotlovskа vodа
E. Pаrni kotlovi
1. Toplotni bilаns pаrnog kotlа
2. Osnovni elementi pаrnog kotlа
а) Ložištа
b) Pregrejаči pаre
v) Ispаrivаči
g) Zаgrejаči vode
d) Zаgrejаči vаzduhа
3. Korozijа kotlovskih zаgrevnih površinа
а) Korozijа sа strаne dimnih gаsovа
b) Korozijа sа strаne vode i pаre
4. Kontrolа rаdа pаrnih kotlovа
5. Kotlovi i okolinа
6. Korišćenje otpаdne toplote
Ž. Proizvodnjа električne energije
1. Toplotne turbine
2. Klаsifikаcijа toplotnih turbinа
а) Pаrne turbine
b) Gаsne turbine
v) Primenа toplotnih turbinа
g) Snаgа i stepen korisnosti pаrne turbine
3. Električni generаtori
LITERATURA
5. GLAVA AUTOMATIZACIJA U INDUSTRIJI ŠEĆERA
Đ. Bаšić
A. Automаtizаcijа u procesu proizvodnje šećerа
1. Osnovni pojmovi
а) Merenje veličinа u procesu
b) Uprаvljаnje procesom ili delom procesа
v) Regulаcijа
2. Dosаdаšnji rаzvoj sistemа zа merenje i regulаciju
3. Podelа mernoregulаcionih sistemа i osnovne kаrаkteristike
а) Pneumаtski sistemi
b) Električni sistemi
v) Prenos mernog opsegа u stаndаrdni merni signаl
B. Osnovni elementi regulаcionog krugа
V. Merni pretvаrаči
G. Osnovnа merenjа kojа se susreću u industriji šećerа
1. Merenje temperаture
а) Otporni termometri
b) Termoelementi
v) Kаpilаrni termometri
2. Merenje pritiskа
3. Merenje protokа tečnosti i gаsovа
а) Zаpreminski merаči protokа
b) Turbinski merаči protokа
v) Rotаmetri
g) Merenje protokа suženjem cevi
d) Induktivni merаč protokа
4. Merenje pH vrednosti
5. Merenje nivoа
а) Kontinuаlno merenje nivoа
b) Hidrostаtičkа metodа
v) Kаpаcitivnа metodа
g) Merenje nivoа u jednoj tаčki
6. Merenje gustine tečnosti
а) Merenje gustine, merenjem težine
b) Hidrostаtičkа metodа
v) Merenje uz pomoć rаdioаktivnih izotopа
7. Anаlizаtori gаsovа
8. Merenje vlаžnosti
а) Merenje vlаžnosti vаzduhа
b) Merenje vlаžnosti rаstresitih mаterijаlа
9. Merenje viskozitetа
10. Merenje provodnosti
D. Regulаtori
1. Osnovni zаdаci regulаtorа
2. Regulаcionа stаzа
3. Osnovne vrste regulаtorа
4. R regulаtori
5. RI regulаtori
6. RID regulаtori
7. Odzivne funkcije ideаlnih regulаtorа
8. Izbor nаjpogodnijeg regulаtorа
9. Vrste regulаtorа po nаčinu rаdа
а) Regulаtor fiksne vrednosti
b) Regulаtori odnosа
v) Kаskаdnа regulаcijа
g) Uključivаnje signаlа smetnje
d) Dvonoložаjni regulаtori
đ) Tropoložаjni regulаtori
10. Podešаvаnje regulаtorа nа regulаcionu stаzu
Đ. Izvršni orgаni
1. Prigušni orgаni
а) Regulаcioni ventili
b) Prigušne klаpne
v) Dimenzionisаnje i izbor prigušnih orgаnа
g) Pogoni prigušnih orgаnа
2. Motori sа promenljivim brojem obrtаjа
а) Jednosmerni elektromotori
b) Nаizmenični elektromotori
E. Ostаli prаteći elementi
1. Elektropneumаtski pretvаrаči
2. Pneumаtsko električni pretvаrаči
3. Regulаtori položаjа
Ž. Oznаke merno regulаcionih elemenаtа nа tehnološkim šemаmа
1. Grаfički simboli mernih tаčаkа i instrumenаtа
2. Slovа zа identifikаciju
3. Principske šeme regulаcije pojedinih stаnicа u šećerаnаmа
1. Istovаr, trаnsport i pripremа repe zа ekstrаkciju
2. Rezаnje i ekstrаkcijа šećerne repe
а) Difuzioni tornjevi
b) Koritаsti difuzeri
v) Bubnjаsti difuzeri
3. Čišćenje sokа
4. Otpаrnа stаnicа
5. Krečаnа
6. Presovаnje rezаnаcа
7. Sušenje rezаnаcа
8. Peletirаnje rezаnаcа
9. Rаfinerijа
а) Kristаlizаcijа sаhаroze
b) Sušаrа šećerа i silosi
I. Primenа procesnog rаčunаrа
1. Osnovni pojmovi
2. Od pojedinаčnih regulаcionih uređаjа do procesnog rаčunаrа
3. Osnovni koncepti i kаrаkteristike sistemа zа vođenje procesа
а) Funkcionаlni nivo
b) Nivo vođenjа procesа
v) Nivo vođenjа proizvodnje
g) Nivo uprаvljаnjа preduzećem
4. Prednosti u odnosu nа klаsičnu regulаciju
J. Perspektive i trend rаzvojа merno regulаcionih sistemа
LITERATURA
6. GLAVA VODA I OTPADNE VODE
G. Kukić
Uvod
A. Prirodne vode i njihovа podelа
1. Rаstvorljivost gаsovа u vodi
2. Vodа zа upotrebu u industriji šećerа
а) Vodа zа piće
b) Industrijskа vodа
3. Bilаns vodа
а) Mestа potrošnje vode
b) Potrošnjа vode zа rаd nа repnim kаnаlimа
v) Potrošnjа vode zа prаnje repe
g) Potrošnjа vode nа difuziji
d) Potrošnjа vode zа prаnje i hlаđenje CO2-gаsа
đ) Potrošnjа vode zа gаšenje krečа
e) Potrošnjа vode zа ispirаnje muljа
ž) Potrošnjа vode zа izrаdu muljne suspenzije
z) Potrošnjа vode zа prаnje filtrаcionog plаtnа
i) Potrošnjа vode zа hlаđenje šećerovinа
j) Potrošnjа vode zа bаrometаrsku kondenzаciju nа otpаrnoj stаnici i vаkuum-аpаrаtimа
k) Potrošnjа vode zа bаrometаrsku kondenzаciju pаrа sа vаkuum-filtаrа
l) Potrošnjа vode zа pripremu klere
m) Potrošnjа vode zа centrifuge
n) Potrošnjа vode zа vаkuum-pumpe sа vodenim prstenom
nj) Potrošnjа vode zа nаpаjаnje pаrnih kotlovа-i hlаđenje pаre
o) Potrošnjа vode nа vаkuum-аpаrаtimа
p) Potrošnjа vode zа hlаđenje uljа zа turbinu
r) Potrošnjа vode zа hlаđenje ostаlih mаšinа i uređаjа
s) Potrošnjа vode zа hemijsku lаborаtoriju
t) Potrošnjа vode zа higijenske potrebe
ć) Potrošnjа sveže vode zа rаzne potrebe
u) Potrošnjа tople vode zа rаzne potrebe
B. Otpаdne vode
1. Vodа od istovаrа, plаvljenjа i prаnjа repe
2. Vodа bаrometаrske kondenzаcije
3. Kondenzаti
4. Vodа od prаnjа i hlаđenjа sаturаcionog gаsа
5. Vodа od hlаđenjа tehnološke opreme
6. Vodа od prаnjа filtrаcionih mаrаmа od suspenzije sаturаcionog muljа i prаnjа fаbrike
V. Recirkulаcioni krugovi vodа
1. Recirkulаcioni krug vode od istovаrа, plаvljenjа i prаnjа repe
2. Recirkulаcioni krug vode od bаrometаrske kondenzаcije
3. Recirkulаcioni krug vode od hlаđenjа mаšinа i opreme
4. Pokаzаtelji stepenа zаgаđenosti otpаdnih vodа
G. Prečišćаvаnje otpаdnih vodа
1. Sаmoprečišćаvаnje vodoprijemnikа
2. Biološkа obrаdа otpаdnih vodа
3. Postupci biološke obrаde otpаdnih vodа
4. Osnovne kаrаkteristike аerobnih i аnаerobnih postupаkа obrаde
D. Aerobni postupci biološke obrаde
1. Odlаgаnje otpаdnih vodа u lаgune sа prirodnom ili prinudnom аerаcijom
2. Postupаk prečišćаvаnjа otpаdnih vodа аktivnim muljem
3. Postupаk zа biološko prečišćаvаnje otpаdnih vodа аktivnim muljem R. T. Lefrancois
Đ. Anаerobni proces biološke obrаde
1. Produkcijа gаsа
2. Osnovni fаktori procesа аnаerobne obrаde
а) Temperаturа
b) Ispаrljive kiseline
v) RH i аlkаlitet
g) Toksične supstаnce
E. Anаerobni procesi i postupci biološke obrаde
1. Konvencionаlni (klаsični) аnаerobni proces
2. Dvostepeni аnаerobni proces
3. Anаerobni kontаkt proces
4. Dvofаzni аnаerobni proces
5. ANAMET sistem
6. UASB sistem
LITERATURA
7. GLAVA HEMIJSKO-TEHNOLOŠKI PRORAČUNI
S. Šušić i V. Sinobаd
A. Prorаčun kvаntitаtivnih pokаzаteljа tehnološkog postupkа prerаde repe
Uvod
1. Polаznа osnovа zа prorаčun kvаntitаtivnih pokаzаteljа prerаde repe do gustog sokа
а) Kаpаcitet fаbrike šećerа
b) Određivаnje gubitаkа polаrizаcionog šećerа
v) Određivаnje gubitаkа šećerа u melаsi
g) Određivаnje iskorišćenjа belog kristаlа
d) Određivаnje potrošnje krečа zа čišćenje difuzionog sokа
2. Prorаčun kvаntitаtivnih podаtаkа zа međuproizvode od difuzionog do gustog sokа
а) Određivаnje podаtаkа zа difuzioni sok
b) Određivаnje podаtаkа zа sok sа predefekаcije
v) Određivаnje podаtаkа zа sok sа defekаcije
g) Određivаnje podаtаkа zа nefiltrovаni sok prve sаturаcije
d) Određivаnje količine vezаnog SO2
đ) Određivаnje količine ispаrene vode
e) Određivаnje podаtаkа o filtrаciji sokа prve sаturаcije
ž) Određivаnje podаtаkа o količini sаturаcionog muljа
z) Određivаnje podаtаkа zа nefiltrovаni sok druge sаturаcije
i) Određivаnje podаtаkа o soku posle obrаde nа ekspаnderu
j) Određivаnje podаtаkа o gustom soku
B. Princip sаstаvljаnjа mаterijаlnog bilаnsа zа proizvodnju konzumnog belog šećerа po trostepenom kristаlizаcionom postupku
1. Izbor polаznih jedinicа prorаčunа i utvrđivаnje količine i sаstаvа proizvodа od difuzionog do gustog sokа
а) Teorijski mаterijаlno-bilаnsni podаci zа sаhаrozu
2. Polаzne postаvke zа prorаčunаvаnje tehnoloških pаrаmetаrа u fаzi kristаlizаcije sаhаroze
3. Mаterijаlno-bilаnsni prorаčun pokаzаteljа zа proizvodnju šećerovinа nа trećem (S) kristаlizаcionom stepenu
а) Određivаnje mаterijаlno-bilаnsnih podаtаkа zа melаsu
b) Određivаnje mаterijаlno-bilаnsnih podаtаkа zа treću (S) šećerovinu
v) Određivаnje mаterijаlno-bilаnsnih podаtаkа zа аfinаcionu (S) šećerovinu
g) Određivаnje mаterijаlno-bilаnsnih podаtаkа zа аfinisаni drugi (S) sirovi šećer i аfinаcioni (S) sirup
4. Mаterijаlno-bilаnsni prorаčun pokаzаteljа zа proizvodnju šećerovinа nа drugom (V) kristаlizаcionom stepenu
а) Određivаnje mаterijаlno-bilаnsnih podаtаkа zа mаtični sirup prve (A) šećerovine
b) Određivаnje mаterijаlno-bilаnsnih podаtаkа zа neаfinisаni prvi (B) sirovi šećer
v) Određivаnje mаterijаlno-bilаnsnih podаtаkа do ukupne druge (V) šećerovine
5. Mаterijаlno-bilаnsni prorаčun pokаzаteljа zа proizvodnju šećerovinа nа prvom (A) kristаlizаcionom stepenu
а) Određivаnje mаterijаlno-bilаnsnih podаtаkа zа zаjedničku kleru
b) Određivаnje mаterijаlno-bilаnsnih podаtаkа zа stаndаrdni sirup
v) Određivаnje mаterijаlno-bilаnsnih podаtаkа zа prvu (A) šećerovinu
g) Određivаnje mаterijаlno-bilаnsnih podаtаkа zа аfinаciju prvog (A) sirovog konzumnog kristаlа
6. Proverа rаčunskih pokаzаteljа o iskorišćenju gаećerа i melаse
7. Rekаpitulаcijа mаterijаlno-bilаnsnih pokаzаteljа zа proizvodnju konzumnog belog šećerа po trostepenoj kristаlizаcionoj šemi
V. Prorаčun kristаlizаcionih pokаzаteljа zа proizvodnju konzumnog rаfinаdnog i konzumnog belog šećerа
1. Mаterijаlno-bilаnsni prorаčun pokаzаteljа zа proizvodnju šećerovinа nа rаfinаdnom (K) kristаlizаcionom stepenu
2. Mаterijаlno-bilаnsni prorаčun pokаzаteljа zа proizvodnju šećerovinа nа prvom (A) kristаlizаcionom stepenu po četvorostepenom kristаlizаcionom postupku
3. Rekаpitulаcijа mаterijаlno-bilаnsnih pokаzаteljа zа proizvodnju konzumnog rаfinаdnog i konzumnog belog šećerа po četvorostepenoj kristаlizаcionoj šemi
LITERATURA
8. GLAVA ORGANIZOVANJE POGONA ŠEĆERANE
S. Šušić
A. Orgаnizovаnje i kontrolа pogonа u kаmpаnji
1. Tehničko rukovodstvo fаbrike
2. Rukovođenje pogonom i njegovа kontrolа
а) Službа аnаlitičke kontrole pogonа
b) Službа tehnološke kontrole pogonа
v) Službа mаšinske kontrole pogonа
g) Službа elektrotehničke kontrole pogonа
3. Rаcionаlizаcijа proizvodnje šećerа
4. Održаvаnje i remont fаbričkih uređаjа
5. Odbrаnа od požаrа
а) Opаsnost od požаrа u šećerаni
b) Uzroci nаstаjаnjа požаrа
v) Propisi zа zаštitu zgrаdа od požаrа
g) Mere obezbeđenjа fаbrike od požаrа zа vreme kаmpаnje i remontа
B. Tehnološki nogonski bilаnsi
1. Bilаns šećerа
а) Principi prorаčunа iskorišćenjа šećerа
b) Pripreme zа izrаdu bilаnsа i iskorišćenjа šećerа
v) Postupаk pri izrаdi bilаnsа i iskorišćenjа šećerа
g) Dopunа bilаnsа i iskorišćenjа šećerа
2. Gubici šećerа i uzroci grešаkа pri njegovom određivаnju
3. Bilаns suve supstаnce repe
B. Orgаnizovаnje proizvodnje šećerа nа principimа stаndаrdа JUS ISO 9000
Uvod
1. Primenа ISO 9000-sistemа u prehrаmbenoj industriji
2. Orgаnizovаnje preduzećа i proizvodnje nа principimа ISO-sistemа
LITERATURA
9. GLAVA POVEZANOST INDUSTRIJE ŠEĆERA S POLJOPRIVREDOM
S. Šušić
Uvod
A. Šećernа repа kаo industrijskа i poljoprivrednа sirovinа
B. Uticаj proizvodnje šećerne repe nа stočnu proizvodnju
1. Krmnа vrednost glаvа i lišćа šećerne repe
2. Silirаnje glаvа i lišćа repe
3. Sušenje repinih glаvа i lišćа
4. Upotrebа izluženih rezаnаcа zа stočnu hrаnu
а) Sirovi izluženi rezаnci
b) Silirаni izluženi rezаnci
v) Sušeni izluženi rezаnci
g) Melаsirаni suvi izluženi rezаnci
5. Krmnа vrednost izluženih rezаnаcа
6. Krmnа vrednost melаse
7. Pregled krmne vrednosti nuzproizvodа industrije šećerа
8. Iskorišćаvаnje otpаdаkа industrije šećerа
а) Zemljа sа repe
b) Sаturаcioni mulj
LITERATURA
10. GLAVA GRAFIČKI NAČIN OPTIMIZACIJE PROCESA KRISTALIZACIJE SAHAROZE
S. Šušić i V. Sinobаd
Uvod
Slikа 1. Nomogrаm korekcijа zа rаzlike između prаvih i prividnih kvocijenаtа čistoće šećerovinа i sirupа sа sаstаvimа: V = 95 do V = 78 i Q = 100 do Q = 50
Slikа 2. Nomogrаm korekcijа zа rаzlike između refrаktometrijskih i prаvih sаdržаjа suve mаterije šećerovinа sа sаstаvom: V1 = 95 do V1 = 88 i Q1 = 100 do Q1 = 50
Slikа 3. Nomogrаm kristаlizаcije sаhаroze u šećerovinаmа sа Q1 = 100 do Q1 = 90 nа temperаturi od 70°C zа slučаjeve kаdа je c1 = 1,00
Slikа 4. Nomogrаm kristаlizаcije sаhаroze u šećerovinаmа sа Q1 = 100 do Q1 = 90 nа temperаturi od 70°C zа slučаjeve kаdа je c1 = 1,10
Slikа 5. Nomogrаm kristаlizаcije sаhаroze u šećerovinаmа sа Q1 = 90 do Q1 = 80 nа temperаturi od 80°C zа slučаjeve kаdа je c1 = 1,00
Slikа 6. Nomogrаm kristаlizаcije sаhаroze u šećerovinаmа sа Q1 = 90 do Q1 = 80 nа temperаturi od 70°C zа slučаjeve kаdа je c1 = 1,00
Slikа 7. Nomogrаm kristаlizаcije sаhаroze u šećerovinаmа sа Q1 = 90 do Q1 = 80 nа temperаturi od 65°C zа slučаjeve kаdа je c1 = 1,00
Slikа 8. Nomogrаm kristаlizаcije sаhаroze u šećerovinаmа sа Q1 = 90 do Q1 = 80 nа temperаturi od 80°C zа slučаjeve kаdа je c1 = 1,10
Slikа 9. Nomogrаm kristаlizаcije sаhаroze u šećerovinаmа sа Q1 = 90 do Q1 = 80 nа temperаturi od 70°C zа slučаjeve kаdа je c1 = 1,10
Slikа 10. Nomogrаm kristаlizаcije sаhаroze u šećerovinаmа sа Q1 = 90 do Q1 = 80 nа temperаturi od 65°C zа slučаjeve kаdа je c1 = 1,10 Slikа 11. Nomogrаm kristаlizаcije sаhаroze u šećerovinаmа sа Q1 = 80 do Q1 = 68 nа temperаturi od 80°C zа slučаjeve kаdа je c1 = 1,00 Slikа 12. Nomogrаm kristаlizаcije sаhаroze u šećerovinаmа sа Q1 = 80 do Q1 = 68 nа temperаturi od 50°C zа slučаjeve kаdа je c1 = 1,00
Slikа 13. Nomogrаm kristаlizаcije sаhаroze u šećerovinаmа sа Q1 = 80 do Q1 = 68 nа temperаturi od 50°C zа slučаjeve kаdа je c1 = 1,10
Slikа 14. Nomogrаm kristаlizаcije sаhаroze u šećerovinаmа sа Q1 = 80 do Q1 = 68 nа temperаturi od 50°C zа slučаjeve kаdа je c1 = 1,20
Slikа 15. Nomogrаm koeficijenаtа prezаsićenosti mаtičnih sirupа u šećerovinаmа sа Q1 = 99 nа temperаturаmа zаvršаvаnjа kristаlizаcije od 80°, 70° i 65°C
Slikа 16. Nomogrаm koeficijenаtа prezаsićenosti mаtičnih sirupа u šećerovinаmа sа Q1 = 98 nа temperаturаmа zаvršаvаnjа kristаlizаcije sаhаroze od 80°, 70° i 65°C
Slikа 17. Nomogrаm koeficijenаtа prezаsićenosti mаtičnih sirupа u šećerovinаmа sа Q1 = 95 nа temperаturаmа zаvršаvаnjа kristаlizаcije sаhаroze od 80°, 70° i 65°C
Slikа 18. Nomogrаm koeficijenаtа prezаsićenosti mаtičnih sirupа u šećerovinаmа sа Q1 = 94 nа temperаturаmа zаvršаvаnjа kristаlizаcije sаhаroze od 80°, 70° i 65°C
Slikа 19. Nomogrаm koeficijenаtа prezаsićenosti mаtičnih sirupа u šećerovinаmа sа Q1 = 93 nа temperаturаmа zаvršаvаnjа kristаlizаcije sаhаroze od 80°, 70° i 65°C
Slikа 20. Nomogrаm koeficijenаtа prezаsićenosti mаtičnih sirupа u šećerovinаmа sа Q1 = 89 nа temperаturаmа zаvršаvаnjа kristаlizаcije sаhаroze od 80°, 70° i 65°S
Slikа 21. Nomogrаm koeficijenаtа prezаsićenosti mаtičnih sirupа u šećerovinаmа sа Q1 = 88 nа temperаturаmа zаvršаvаnjа kristаlizаcije sаhаroze od 80°, 70° i 65°C
Slikа 22. Nomogrаm koeficijenаtа prezаsićenosti mаtičnih sirupа u šećerovinаmа sа Q1 = 87 nа temperаturаmа zаvršаvаnjа kristаlizаcije sаhаroze od 80°, 70° i 65°C
Slikа 23. Nomogrаm koeficijenаtа prezаsićenosti mаtičnih sirupа u šećerovinаmа sа Q1 = 86 nа temperаturаmа zаvršаvаnjа kristаlizаcije sаhаroze od 80°, 70° i 65°C
Slikа 24. Nomogrаm koeficijenаtа prezаsićenosti mаtičnih sirupа u šećerovinаmа sа Q1 = 85 nа temperаturаmа zаvršаvаnjа kristаlizаcije sаhаroze od 80°, 70° i 65°C
Slikа 25. Nomogrаm koeficijenаtа prezаsićenosti mаtičnih sirupа u šećerovinаmа sа Q1= 79 nа temperаturаmа zаvršаvаnjа kristаlizаcije sаhаroze od 80°, 60° i 50°C
Slikа 26. Nomogrаm koeficijenаtа prezаsićenosti mаtičnih sirupа u šećerovinаmа sа Q1 = 78 nа temperаturаmа zаvršаvаnjа kristаlizаcije sаhаroze od 80°, 60° i 50°C
Slikа 27. Nomogrаm koeficijenаtа nrezаsićenosti mаtičnih sirupа u šećerovinаmа sа Q1 = 77 nа temperаturаmа zаvršаvаnjа kristаlizаcije sаhаroze od 80°, 60° i 50°C
Slikа 28. Nomogrаm koeficijenаtа prezаsićenosti mаtičnih sirupа u šećerovinаmа sа Q1 = 76 nа temperаturаmа zаvršаvаnjа kristаlizаcije sаhаroze od 80°, 60° i 50°C
Slikа 29. Nomogrаm koeficijenаtа prezаsićenosti mаtičnih sirupа u šećerovinаmа sа Q1 = 75 nа temperаturаmа zаvršаvаnjа kristаlizаcije sаhаroze od 80°, 60° i 50°C
Slikа 30. Nomogrаm koeficijenаtа prezаsićenosti mаtičnih sirupа u šećerovinаmа sа Q1 = 74 nа temperаturаmа zаvršаvаnjа kristаlizаcije sаhаroze od 80°, 60° i 50°C
Slikа 31. Nomogrаm zаvisnosti prividnih (pogonskih) kvocijenаtа čistoće melаsа s koeficijentimа prezаsićenosti: c1 = 1,00, c1 = 1,05, c1 = 1,10, c1 = 1,15, c1 = 1,20 od odnosа n/v pri zаvršаvаnju kristаlizаcije poslednjih šećerovinа nа temperаturi od 80°C
Slikа 32. Nomogrаm zаvisnosti prividnih (pogonskih) kvocijenаtа čistoće melаsа s koeficijentimа prezаsićenosti: c1 = 1,00, c1 = 1,05, c1 = 1,10, c1 = 1,15, c1 = 1,20 od odnosа n/v pri zаvršаvаnju kristаlizаcije poslednjih šećerovinа nа temperаturi od 70°C
Slikа 33. Nomogrаm zаvisnosti prividnih (pogonskih) kvocijenаtа čistoće melаsа s koeficijentimа prezаsićenosgi: c1 = 1,00, c1 = 1,05, c1 = 1,10, c1 = 1,15, c1 = 1,20 od odnosа n/v pri zаvršаvаnju kristаlizаcije poslednjih šećerovinа nа temperаturi od 60°C
Slikа 34. Nomogrаm zа utvrđivаnje vаkuumа potrebnih zа izotermičko kuvаnje šećerovinа nа temperаturi od 80°C u zаvisnosti od sаdržаjа suve mаterije suspenzijа nа zаvršetku njihovog kuvаnjа i od kvocijenаtа čistoće polаznih kristаlizаcionih sirupа premа podаcimа F.J. Bates-а i sаrаdnikа
LITERATURA
11. GLAVA TABLICE
1. Tehničke kаrаkteristike vаkuum-pumpi sа vodenim prstenom tipа ELMO-F firme SIMENS
2. Rаstvorljivost šećerа u vodi nа rаznim temperаturаmа izrаženа u %-timа šećerа i delovimа šećerа nа 1 deo vode (premа A. Herzfeld-u)
3. Rаstvorljivost šećerа u nečistim rаstvorimа nа rаzličitim temperаturаmа (premа K. Urban-y)
4. Koeficijenti rаstvorljivosti sаhаroze u g/g nа rаznim temperаturаmа i pri rаznim kvocijentimа čistoće premа E.W. Grut-u
5. Koncentrаcijа rаstvorа sаhаroze nа 20°C premа H. Hirschmüller-u
LITERATURA
6. Glava Voda i otpadne vode
Uvod
Voda je jedno od najvrednijih prirodnih bogatstava i nezamenljiv vid sirovine. Za zadovoljenje životnih, industrijskih i drugih potreba, potrebna je ogromna količina vode. Svakodnevno čovečanstvo potroši preko 7 milijardi tona vode, što odgovara po masi ukupnoj količini korisne rude dobijene za godinu dana.
Voda se koristi u svim granama privrede i obezbeđuje njihovo normalno funkcionisanje i mogućnosti daljeg razvoja. Međutim u sadašnje vreme, bez obzira na znatne zalihe vode kojima raspolaže zemljina kugla, svet stoji pred ozbiljnom krizom izazvanom neprekidnim smenjivanjem količine čiste vode i brzim rastom njene potrošnje u industrijske i druge svrhe.
Iako naša planeta raspolaže ogromnom količinom vode, nedostatak sveže vode je česta pojava jer njen raspored na našoj planeti nije ravnomeran. U industrijski razvijenim zemljama, u kojima sveža voda više ne stoji na raspolaganju u neogranočenim količinama, problem racionalnog korišćenja vodenih resursa postao je jedan od najvažnijih problema savremenog sveta.
Korišćenje vode skoro uvek je praćeno njenim zagađivanjem, a neizbežno vraćanje te vode u recipijente dovodi, sa svoje strane, do zagađivanja prirodnih voda. Površinske vode mogu primiti i prečistiti ograničenu količinu zagađenja. Ispuštanje u te vode sve većih količina zagađenja dovodi do stalnog pogoršavanja njihovog sanitarno-higijenskog stanja, pa usled toga one postaju više ili manje neupotrebljive za domaćinstvo i industriju.
Intenzivan porast industrijske proizvodnje i brz rast gradova, gde na relativno malom prostoru živi veliki broj stanovnika, učinio je da problem opšteg zagađivanja, a naročito zagađivanja otpadnim vodama, postane veoma ozbiljan i aktuelan.
Zagađivanje vodenih resursa u celom svetu dobilo je u poslednje vreme ugrožavajuće razmere. Pronalaženje dovoljnih izvorišta vode, koja zadovoljavaju u sanitarno-higijenskom pogledu, danas je sve složenije i teže, jer su mnogi vodotokovi usled ispuštanja neprečišćenih otpadnih voda sve više zagađeni materijama organskog i neorganskog porekla, i to daleko iznad dozvoljenog minimuma. Pored toga, u prirodne recipijente unosi se ogroman broj patogenih i drugih bakterija, koje u otpadnim vodama nalaze pogodne uslove za razvoj sa svim negativnim posledicama koje iz toga proizilaze.
Zato je sve teže u prirodi pronaći izvorišta vode koja bi potpuno zadovoljavala norme za zdravu pitku vodu. Problem snabdevanja dovoljnom količinom kvalitetne prirodne vode za piće naročito je ozbiljan onda, kada se radi o velikim naseljima s razvijenom industrijom i visokim životnim standardom.
Zahtevi pojedinih potrošača, s obzirom na količinu i kvalitet vode koja im služi za zadovoljavanje raznovrsnih potreba, su takvi, da je popravljanje kvaliteta prirodnih sirovih voda, naročito onih u koje se izlivaju otpadne vode, postalo neizbežno. Prema tome očigledno je da se danas, kada vodosnabdevanje postaje sve više zavisno od neposrednog korišćenja površinskih voda, problem osiguranja dovoljne količine pitke i industrijske vode mora neminovno povezati s problemom prečišćavanja otpadnih voda.
Posle uvođenja sve oštrijih nacionalnih zakona industrijski proizvođači u celom svetu moraju, ili će morati, da prečišćavaju svoje otpadne vode, ili ako to ne čine, moraće da plate naknadu za svako ispuštanje zagađenih voda u javnu kanalizaciju ili vodotok i to proporcionalno stepenu zagađenosti ispuštene vode.
Pored toga u većini zemalja, pa i u našoj, naplaćuje se korišćenje sveže vode iz reka i podzemnih resursa. Sve više cene vode i problemi u vezi sa efikasnim prečišćavanjem otpadnih voda u cilju očuvanja čovekove sredine, uslovili su preduzimanje mera za smanjenje potrošnje sveže vode.
Jedan od najradikalnijih puteva neophodnog smanjenja potreba za svežom vodom je stvaranje zatvorenog sistema za snabdevanje vodom industrijskih objekata, zasnovanog na višestrukom korišćenju u proizvodne svrhe otpadnih voda prečišćenih do potrebnog stepena. Zamena prirodnih slatkih voda, koje su korišćene za tehnološke potrebe, prečišćenim otpadnim vodama omogućava rešenje deficita vodenih resursa i sprečavanje iscrpljivanja zaliha slatkih voda kao i njihovog zagađivanja.
Industriju šećera Jugoslavije posle II svetskog rata, a naročito u periodu od 1970-1985 godine, karakteriše visoka stopa rasta koja nije praćena odgovarajućim merama za očuvanje čovekove sredine, zbog čega je problem zagađivanja otpadnim vodama postao izuzetno aktuelan, koji zahteva brzu i korenitu promenu u odnosu prema njemu jer zaostajanje u njegovom rešavanju može da dovede do dalekosežnih i nesagledivih posledica.
Savremene fabrike šećera imaju velike dnevne kapacitete prerade repe i obično su locirane u najboljim poljoprivrednim regionima ili u urbanoj sredini, tako da se efekti zagađivanja direktno ili indirektno oštrije ispoljavaju.
Otpadne vode industrije šećera ne mogu se bez prečišćavanja puštati u rečne tokove nego se moraju prečišćavati, što predstavlja poseban tehnološki problem. Prečišćavanje otpadnih voda zahteva relativno skupe i vrlo glomazne instalacije, ali korist može da bude velika, jer je vraćanjem prečišćenih otpadnih voda, moguće u velikom stepenu smanjiti potrošnju sveže vode. Činjenica da se smanjenjem potrošnje sveže vode osetno smanjuje i količina otpadne vode od velikog je ekonomskog interesa za svaku fabriku šećera jer, pored ostalog, u tom slučaju nije potrebno graditi postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda velikih dimenzija.
A. Prirodne vode i nјihova podela
Prirodne vode su složen dinamički sistem, koji sadrži gasove, mineralne i organske materije, u obliku pravih rastvora, koloidnom ili suspendovanom obliku. Sastav prirodnih voda se stalno menja zahvaljujući procesima oksidacije i redukcije koji se u njima događaju, taloženju krupnih čestica usled delovanja zemljine teže, izmeni jona sa zemljištem, ispuštanju otpadnih voda, raznim biološkim procesima i dr. Na formiranje sastava prirodnih voda znatno utiče i pojačana praktična aktivnost čoveka.
Voda okeana, atmosfere, reka, jezera i podzemne vode čine hidrosferu. Posebni sastavni delovi hidrosfere uzajamno su povezani, među njima ostvaruje se stalna razmena, tj. u prirodi dolazi do kruženja vode.
Velika količina vode neprekidno cirkuliše nad površinom, na površini i pod površinom zemlje. Usled isparavanja vode s površine okeana i kopna i izdvajanja vode iz biljaka i živih bića atmosfera se zasićuje vodenom parom. Neravnomerno zagrevanje atmosfere izaziva u njoj u velikim razmerama premeštanje vazdušnih masa nad površinom zemljine kugle, i usled kondenzacije voda se ponovo vraća na zemlju u vidu rose, kiše, grada i snega.
Izračunato je, da 65% do 75% te vode neposredno se vraća u okeane a ostali deo raspoređuje se na 146 miliona km2 kopna. Deo vode isparava neposredno sa tla i biljaka koje ga pokrivaju odmah posle padanja na zemlju. Drugi deo atmosferske vode, kao deo tzv. hidrološkog ciklusa u prirodi, prodire u zemljište, gde se ona ili zadržava i koriste je biljke, ili prodire u podzemne horizonte gde se spaja s podzemnim vodama. Jedan deo podzemnih voda u vidu izvora pojavljuje se na zemljinoj površini i zajedno s površinskim vodama dolaze u reke a odatle se vraćaju u mora i okeane. Sva voda biosfere ne učestvuje u navedenom kruženju vode. Određen deo nalazi se duže ili kraće vreme u biljnim ili životinjskim tkivima, u debelom sloju polarnog leda i večitom snegu na vrhovima planina.
Ukupna količina vode na zemljinoj kugli vrlo je velika i ona iznosi oko 1,4 milijarde km3. Međutim, nije sva voda pogodna za korišćenje. Za većinu vidova potrošnje neophodna je slatka voda, a njene zalihe čine manje od 3% ukupne količine vode na zemlji. Neku predstavu o hidrološkom krugu vode može dati upoređivanje zaliha vode u različitim delovima hidrosfere po podacima Uneska iz 1970 godine (1), koji su prikazani u tablici 1.
U prirodi nema hemijski čiste vode. Prirodne vode uvek sadrže, kao što je već istaknuto, određenu količinu rastvorenih i nerastvorenih materija organskog i neorganskog porekla. I najčistija atmosferska voda-kišnica sadrži u sebi rastvorene gasove i nečistoće iz atmosfere, kao što su SO2,02, N2 i NH3, a ako potiče iz atmosfere iznad industrijskih mesta i velikih gradova onda i SO2, H2S, H2SO4, HCl, čađ i prašinu.
| Deo hidrosfere | Zalihe vode u % od ukupne količine |
| Površinske vode: | |
| slatka jezera | 0,009 |
| slana jezera | 0,008 |
| reke | 0,0001 |
| Podzemne vode: | |
| vode vezane za zemlju i močvare | 0,005 |
| plitke podzemne vode | 0,031 |
| duboke podzemne vode | 0,031 |
| Glečeri | 2D5 |
| Atmosfera | 0,001 |
| Okeani | 97,2 |
Od gasova koji se nalaze u atmosferi najbolje se rastvaraju CO2 (1,713 zapreminskih delova na 1 zapreminski deo vode) zatim O2 (0,049 zapreminskih delova na 1 zapreminski deo vode) i N2 (0,0235 zapreminskih delova na 1 zapreminski deo vode), pri čemu se navedeni podaci odnose na normalne uslove temperature i pritiska.
Pošto je bogata slobodnom ugljenom kiselinom, kišnica na svom putu kroz zemlju rastvara inače praktično nerastvorne karbonate (krečnjak, dolomit, magnezit, siderit itd.) prevodeći ih u rastvorne bikarbonate:
CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2
Na sličan način rastvaraju se u vodi, u prisustvu slobodne ugljene kiseline, i ostali karbonati, prelazeći u rastvorne bikarbonate.
Rastvorni bikarbonati mogu nastati i delovanjem vode, odnosno u njoj rastvorene ugljene kiseline, na pirit:
FeS2 + 2CO2 + 2H2O → Fe(HCO3)2 + H2S + S
pri čemu se stvara sumpor-vodonik. Tako sumpor-vodonik, koji se nalazi u podzemnim vodama, češće vodi poreklo od pirita nego od raspadanja humusnih materija.
Pored S02, kao što je već rečeno, atmosferska voda sadrži i kiseonik, koji pri prolasku kišnice kroz zemlju oksidiše gvožđe-sulfid, prevodeći ga u rastvorni fero-sulfat:
FeS2 + 2O2 → FeSO4 + S
Osim kao bikarbonat i sulfat, gvožđe može biti rastvoreno u vodi i u obliku soli humusnih kiselina, koje rastvaraju gvožđe slično kao i ugljena kiselina.
Granit i ostale vulkanske stene, koje se sastoje od teško rastvornih silikata, mnogo se teže rastvaraju u vodi, pa su vode sa takvih terena meke. Međutim, zajedničkim delovanjem ugljene kiseline i mikroorganizama, a ponekad i vrelih podzemnih voda, silikati se ipak rastvaraju, mada u malim količinama, i sa slobodnim ON“ jonima iz vode obrazuju jako disocirane baze. Na ovaj način prelaze u rastvor uglavnom jednovalentni elementi kalijum i natrijum i dvovalentni elementi kalcijum i magnezijum. Delovanjem ugljene kiseline, koje ima praktično u svakoj vodi, obrazuju se alkalni i zemnoalkalni karbonati, bikarbonati odnosno silikati.
Na svom putu kroz slojeve zemljišta, osim na karbonate i silikate, voda nailazi i na druge soli, na primer, hloride i sulfate, koje rastvara, zavisno od njihove rastvorljivosti i uslova pod kojima se vrši rastvaranje (temperatura i vreme trajanja rastvaranja).
Stepen i vrsta onečišćenja vode u prirodi, sa hemijske tačke gledišta, zavisi, dakle, u velikoj meri od sastava litosfere kroz koju ona prolazi. Zato su vode sa područja krečnjaka, dolomita i gipsa tvrde, dok su vode sa područja granita, bazalta i ostalih vulkanskih stena vrlo meke.
Jedan deo podzemnih voda u vidu izvora pojavljuje se na zemljinoj površini, pri čemu po pravilu dolazi do porasta njihove temperature i smanjenja pritiska pod kojim se nalaze, što oboje utiče na smanjenje rastvorljivosti CO2, pa se jedan deo ugljene kiseline izdvaja iz vode. To ima za posledicu izdvajanje i jednog dela rastvorenih bikarbonata u obliku nerastvornog karbonata.
Ca(HCO3)2 → CaCO3 + H2O + CO2
Pored toga, oksidacionim delovanjem vazdušnog kiseonika, voda koja je izbila na zemljinu površinu osiromašuje i u gvožđu i manganu, jer njihovi karbonati i bikarbonati prelaze u nerastvorne hidrokside, odnosno okside, koji se talože.
Pored mineralnih materija prirodne vode sadrže i organske materije. Osnovni deo organskih primesa u prirodnim vodama čine humusne materije. Zajedno s njima sreću se ugljovodonici, belančevine, masti, organske kiseline i dr., međutim oni čine neznatni deo ukupne količine organskih materija, koje se nalaze u vodi.
U prirodnoj vodi živi ogroman broj mikroorganizama i organizama biljnog i životinjskog porekla. Razlog za to treba tražiti u karakterističnim fizičkim i hemijskim osobinama vode koje su veoma pogodne za održavanje života (spora promena temperature, smanjenje gustine pri zamrzavanju što sprečava potpuno zamrzavanje vodotoka, jezera i mora zimi, velika moć rastvaranja itd.).
Prirodne vode mogu se podeliti u grupe na nekoliko načina:
- Po poreklu razlikujemo: atmosferske vode, podzemne vode (izvorske, bunarske) i površinske vode (rečne, jezerske, morske, vode močvara)
- Po količini i karakteru primesa vode se dele na: slatke, slane, meke, tvrde, prozračne, bezbojne, mutne, obojene i dr.
- Po nameni vode se dele na: pitke, industrijske, lekovite, vode za hlađenje i dr.
Vodeni resursi uključuju u sebe sve vidove vode, pogodne za korišćenje. Međutim, pri određivanju vodenih resursa osnovni značaj pripada slatkim vodama kopna, pošto su one najdostupnije i konstantno se obnavljaju. Za snabdevanje vodom koriste se kako površinske, tako i podzemne vode.
O kvalitetu prirodnih voda sudi se na osnovu određenih pokazatelja, a oni se mogu podeliti na: fizičke, hemijske i bakteriološke.
U fizičke parametre kvaliteta spadaju: temperatura, ukus, miris, mutnoća i boja.
Hemijski pokazatelji kvaliteta prirodnih voda su: pH, alkalitet, tvrdoća, hemijska potrošnja kiseonika (NRK), biohemijska potrošnja kiseonika (VRK), sadržaj raznih oblika azota, SO2, sulfata, hlorida, rastvorenog kiseonika, gvožđa, mangana, silicijuma, itd.
Osnovni bakteriološki parametri kvaliteta su: ukupan sadržaj bakterija i sadržaj bakterija Coli (Coli-indeks ili Coli-titar).
Pored navedenih parametara pri ispitivanju prirodnih voda određuju se i neki drugi parametri, a njihov konačan izbor zavisi od vrste ispitivane vode i njene buduće upotrebe.
1. Rastvorljivost gasova u vodi
Svi gasovi se rastvaraju u vodi, ali je njihova rastvorljivost različita i kreće se od vrlo male do vrlo velike. Gasovi koji se sastoje od polarnih molekula (amonijak, hlorovodonik), rastvaraju se u vodi bolje nego gasovita nepolarna jedinjenja (vodonik, metan, azot). Tako, u 1 1. vode na 0°C i pritisku 101,325 kPa rasvara se 505 1. hlorovodonika, ali samo 0,002 1. vodonika. Rastvorljivost nekih gasova u vodi na 20°C i 101,325 kPa prikazana je sledećim podacima:
| Gas | O2 | CO2 | N2 | Cl2 | NH3 | H2S |
| Rastvorljivost gasa, 1/1 | 0,031 | 0,878 | 0,015 | 2,361 | 702,406 | 2,582 |
Rastvorljivost kiseonika u vodi je skoro dva puta veća nego azota. Zato, vazduh, rastvoren u vodi, ima drugi sastav nego atmosferski. U suvom vazduhu pri 18°C zapreminski sadržaj kiseonika čini 21,2%, a u vazduhu, rastvorenom u vodi, 34,1%. U destilovanoj vodi rastvorljivost gasova je veća nego u vodenim rastvorima elektrolita. Zavisnost rastvorljivosti gasova od koncentracije rastvorenog elektrolita izražava se formulom Sečenova:
log (No/N) = kC
gde No i N označavaju rastvorljivost gasa u čistoj vodi i u rastvoru elektrolita koncentracije S; k-konstantu, koja zavisi od prirode gasa, elektrolita i temperature. Tako, rastvorljivost kiseonika u vodi s ukupnim sadržajem soli od 40 g/kg smanjuje se za 25%. Prema tome, u morskoj vodi i vodi slanih jezera rastvorenog kiseonika je manje, nego u rečnoj vodi.
Rastvorljivost gasova pri povišenju temperature smanjuje se. To se objašnjava time, što proces rastvaranja gasova prati oslobađanje toplote i smanjenje zapremine. Zavisnost rastvorljivosti gasova od temperature data je jednačinom Klapejron-Klauzius-a (Clapeyron-Clausius): h
ln N2 / N1 = Lisp / R ( 1/T1 − 1/T2 )
gde je N1 i N2 − rastvorljivosg gasa na temperaturi T1 i T2; Lisp − molarna toplota isparavanja; R − univerzalna gasna konstanta.
Zavisnost rastvorljivosti gasova od pritiska izražava se zakonom Henrija (Nepgu), prema kome je količina rastvorenog gasa proporcionalna njegovom pritisku nad rastvorom:
C = kp
gde C označava koncentraciju rastvorenog gasa, mg/l; p − pritisak gasa nad rastvorom, kPa; k − koeficijent proporcionalnosti, koji zavisi od prirode gasa, rastvarača i temperature, ali ne zavisi od pritiska. Koeficijent proporcionalnosti k je jednak, kao što se iz jednačine (3) vidi, rastvorljivosti gasa pri datoj temperaturi i njegovom parcijalnom pritisku od 101,325 kPa.
Ako se nad rastvorom nalazi smeša gasova, rastvorljivost svakog od njih biće proporcionalna njegovom parcijalnom pritisku nad rastvorom (zakon Nepgu- Dalton-a). Na osnovu ovog zakona može se izračunati rastvorljivost različitih gasova u vodi na raznim temperaturama. Tako, na 20°C rastvorljivost kiseonika biće jednaka proizvodu parcijalnog pritiska kiseonika izraženog u kPa i njegove rastvorljivosti na 20°C pri parcijalnom pritisku 101,325 kPa.
Podaci o rastvorljivosti CO2, O2 i H2S pri parcijalnom pritisku svakog od ovih gasova, jednakom 101,325 kPa, prikazani su u tablici 2.
| Gas | Temperatura vode, 0°C | |||||||
| 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 60 | 80 | 100 | |
| CO2 | 3371,0 | 2360,0 | 1723,0 | 1324,0 | 1055,0 | 719,0 | 552,0 | – |
| O2 | 69,1 | 54,3 | 44,3 | 37,2 | 32,9 | 27,8 | 25,1 | 24,2 |
| H2S | 7100,0 | 5160,0 | 3925,0 | 3090,0 | 2520,0 | 1810,0 | 1394,0 | 1230,0 |
Da bismo na osnovu vrednosti iz tablice 2 izračunali ravnotežnu koncentraciju rastvorenog u vodi kiseonika, treba uzeti u obzir, da parcijalni pritisak vazduha zavisi od napona vodene pare pri datoj temperaturi (tablica 3), i da je za određivanje parcijalnog pritiska vazduha potrebno od ukupnog pritiska gasova nad vodom oduzeti vrednosti napona vodene pare.
Tada se rastvorljivost kiseonika određuje po sledećoj formuli:
CO2 = k(P0-Pp) α (4)
gde je: CO2 − rastvorljivost kiseonika u vodi pri datoj temperaturi i pritisku gasova nad vodom R0, kRa; Rr − napon pare vode pri datoj temperaturi, kPa; a − udeo parcijalnog pritiska kiseonika u ukupnom pritisku vazduha, obično iznosi 0,21
| Temperatura, °C | 0 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 40 | 50 | 60 | 80 | 100 |
| Napon vodene pare | 0,608 | 1,216 | 1,702 | 2,341 | 3,171 | 4,246 | 7,376 | 12,331 | 19,910 | 47,369 | 101,3 |
Vrednosti ravnotežne koncentracije kiseonika u destilovanoj vodi, koja je pri normalnom pritisku u kontaktu s vazduhom, koji sadrži 20,9% kiseonika, koji ne sadrži S02 i koji je zasićen vodenom parom, date su u tablici 4.
| Temperatura | °C | RASTVORLjIVOST KISEONIKA, mg/l | ||||||||
| 0,0 | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | |
| 0 | 14,65 | 14,61 | 14,57 | 14,53 | 14,49 | 14,45 | 14,41 | 14,37 | 14,33 | 14,29 |
| 1 | 14,25 | 14,21 | 14,17 | 14,13 | 14,09 | 14,05 | 14,02 | 13,98 | 13,94 | 13,90 |
| 2 | 13,86 | 13,82 | 13,79 | 13,75 | 13,71 | 13,68 | 13,64 | 13,60 | 13,56 | 13,53 |
| 3 | 13,49 | 13,46 | 13,42 | 13,38 | 13,35 | 13,31 | 13,28 | 13,24 | 13,20 | 13,17 |
| 4 | 13,13 | 13,10 | 13,06 | 13,03 | 13,00 | 12,% | 12,93 | 12,89 | 12,86 | 12,82 |
| 5 | 12,79 | 12,76 | 12,72 | 12,69 | 12,66 | 12,52 | 12,59 | 12,56 | 12,53 | 12,49 |
| 6 | 12,46 | 12,43 | 12,40 | 12,36 | 12,33 | 12,30 | 12,27 | 12,24 | 12,21 | 12,18 |
| 7 | 12,14 | 12,11 | 12,08 | 12,05 | 12,02 | 11,99 | 11,96 | 11,93 | 11,90 | 11,87 |
| 8 | 11,84 | 11,81 | 11,78 | 11,75 | 11,72 | 11,70 | 11,67 | 11,64 | 11,61 | 11,58 |
| 9 | 11,55 | 11,52 | 11,49 | 11,47 | 11,44 | 11,41 | 11,38 | 11,35 | 11,33 | 11,30 |
| 10 | 11,27 | 11,24 | 11,22 | 11,19 | 11,16 | 11,14 | 11,11 | 11,08 | 11,06 | 11,03 |
| 11 | 11,00 | 10,98 | 10,95 | 10,93 | 10,90 | 10,87 | 10,85 | 10,82 | 10,80 | 10,77 |
| 12 | 10,75 | 10,72 | 10,70 | 10,67 | 10,65 | 10,62 | 10,60 | 10,57 | 10,55 | 10,52 |
| 13 | 10,50 | 10,48 | 10,45 | 10,43 | 10,40 | 10,38 | 10,36 | 10,33 | 10,31 | 10,28 |
| 14 | 10,26 | 10,24 | 10,22 | 10,19 | 10,17 | 10,15 | 10,12 | 10,10 | 10,08 | 10,06 |
| 15 | 10,03 | 10,01 | 9,99 | 9,97 | 9,95 | 9,92 | 9,90 | 9,88 | 9,86 | 9,84 |
| 16 | 9,92 | 9,79 | 9,77 | 9,75 | 9,73 | 9,71 | 9,69 | 9,67 | 9,65 | 9,63 |
| 17 | 9,61 | 9,58 | 9,56 | 9,54 | 9,52 | 9,50 | 9,48 | 9,46 | 9,44 | 9,42 |
| 18 | 9,40 | 9,38 | 9,36 | 9,34 | 9,32 | 9,30 | 9,29 | 9,27 | 9,25 | 9,23 |
| 19 | 9,21 | 9,19 | 9,17 | 9,15 | 9,13 | 9,12 | 9,10 | 9,08 | 9,06 | 9,04 |
| 20 | 9,02 | 9,00 | 8,98 | 8,97 | 8,95 | 8,93 | 8,91 | 8,90 | 8,88 | 8,86 |
| 21 | 8,84 | 8,82 | 8,81 | 8,79 | 8,77 | 8,75 | 8,74 | 8,72 | 8,70 | 8,68 |
| 22 | 8,67 | 8,65 | 8,63 | 8,62 | 8,60 | 8,58 | 8,56 | 8,55 | 8,53 | 8,52 |
| 23 | 8,50 | 8,48 | 8,46 | 8,45 | 8,43 | 8,42 | 8,40 | 8,38 | 8,37 | 8,35 |
| 24 | 8,33 | 8,32 | 8,30 | 8,29 | 8,27 | 8,25 | 8,24 | 8,22 | 8,21 | 8,19 |
| 25 | 8,18 | 8,16 | 8,14 | 8,13 | 8,11 | 8,11 | 8,08 | 8,07 | 8,05 | 8,04 |
| 26 | 8,02 | 8,01 | 7,99 | 7,98 | 7,96 | 7,95 | 7,93 | 7,92 | 7,90 | 7,89 |
| 27 | 7,87 | 7,86 | 7,84 | 7,83 | 7,81 | 7,80 | 7,78 | 7,77 | 7,75 | 7,74 |
| 28 | 7,72 | 7,71 | 7,69 | 7,68 | 7,66 | 7,65 | 7,64 | 7,62 | 7,61 | 7,59 |
| 29 | 7,58 | 7,56 | 7,55 | 7,54 | 7,52 | 7,51 | 7,49 | 7,48 | 7,47 | 7,45 |
| 30 | 7,44 | 7,42 | 7,41 | 7,40 | 7,38 | 7,37 | 7,35 | 7,34 | 7,32 | 7,31 |
Navedene ravnotežne koncentracije date su za atmosferski pritisak 101,325 kPa. Za druge vrednosti atmosferskog pritiska ravnotežne koncentracije izračunavaju se po formuli:
C’ = C P / 101,325 (5)
gde je C’ − tražena vrednost ravnotežne koncentracije kiseonika pri pritisku P, mg/l; C − vrednost ravnotežne koncentracije, nađena u tablici 4 za datu temperaturu vode, mg/l; R − atmosferski pritisak, kPa.
Razlika između navedenog sadržaja kiseonika u tablici 4 i stvarne njegove koncentracije u vodi pri datoj temperaturi naziva se deficit kiseonika.
Voda otvorenih recipijenata u gornjem sloju obično sadrži kiseonik u koncentracijama bliskim njegovoj rastvorljivosti. U dubljim slojevima, naročito jezera, gde je mešanje manje nego u rekama, sadržaj kiseonika obično je manji od njegove rastvorljivosti pri datoj temperaturi i kontaktu s vazduhom.
Za dublje slojeve tečnosti i drugi barometarski pritisak Vinkler (Winkler) (2) je predložio sledeću formulu za proračun sadržaja kiseonika pri zasićenosti u tim slojevima:
C1 = C (B − p + h) / 101325 − p (6)
gde je B − barometarski pritisak, Ra; C − sadržaj kiseonika pri zasićenosti u površinskom sloju tečnosti, mg/l; Ci − sadržaj kiseonika pri zasićenosti u sloju tečnosti na visini h, mg/l; r − parcijalni pritisak para vode pri datoj temperaturi, Ra; h − pritisak polovine stuba vode (h/2), Ra. (Na primer, pri dubini 3 m, pritisak polovine stuba vode iznosi 1471 Pa).
Brzina rastvaranja kiseonika u vodi (pri t = const.) proporcionalna je njenoj nezasićenosti (deficit kiseonika). Ona zavisi sem toga još i od vrste vode, naročito od uslova strujanja vode, prisustva vetra a time i od mogućnosti stvaranja talasa. Za apsorpciju kiseonika preko površine vode na 20°C (bez učešća vodenih biljaka) približno važe vrednosti navedene u tablici 5 (3).
| Stepen zasićenosti vode kiseonikom, % | 100 | 80 | 60 | 40 | 20 | 0 |
| Mala bara | 0 | 0,3 | 0,6 | 0,9 | 1,2 | 1,5 |
| Veliko jezero | 0 | 1,0 | 1,9 | 2,9 | 3,8 | 4,8 |
| Spora tekuća voda | 0 | 1,3 | 2,7 | 4,0 | 5,4 | 6,7 |
| Velika reka | 0 | 1,9 | 3,8 | 5,8 | 7,6 | 9,6 |
| Brza tekuća voda | 0 | 3,1 | 6,2 | 9,3 | 12,4 | 15,5 |
| Brzaci (matice) | 0 | 9,6 | 19,2 | 28,6 | 38,4 | 48,0 |
B. R. Sarma (4) daje metod za izračunavanje rastvorenog kiseonika u rekama s prirodnom zagađenošću (bez učešća čoveka) po jednačini:
[O2] = 12,3 − 0,047 suma t5
gde je suma t5 − suma srednjednevnih temperatura vazduha za prethodnih pet dana.
Kiseonik dospeva u vodu iz vazduha, a takođe može se obrazovati i kao rezultat fotosinteze zelenih biljaka i nekih algi, koje žive u vodi blizu njenog površinskog sloja. Rastvorljivosg čistog kiseonika, koga ispuštaju zelene biljke, pet puta je veća od rastvorljivosti kiseonika iz vazduha, u kome je njegov sadržaj samo 21%, jer rastvorljivost kiseonika u vodi zavisi od njegovog parcijalnog prritiska. Pošto se u mraku ne vrši fotosinteza, već se naprotiv kiseonik troši na disanje vodenih biljaka, to noću dolazi do smanjenja sadržaja kiseonika u vodi. Zato se u vodama jako obraslim vodenim biljkama najveće vrednosti koncentracije kiseonika nalaze uveče pri zalasku sunca a najmanje vrednosti ujutru u svitanje.
Sadržaj kiseonika ima značaj pri oceni kvaliteta površinskih voda, nekih otpadnih voda, pri oceni i kontroli rada uređaja za biološko prečišćavanje otpadnih voda, sposobnisti vodotokova za samoprečišćavanje a takođe pri ispitivanju korozionih svojstava vode. Pored toga, život riba i drugih vodenih organizama zavisi od kiseonika koji je rastvoren u vodi. Ako se rastvoreni kiseonik iscrpi, ribe i zelene biljke uginu a vodeni tok postaje septičan.
2. Voda za upotrebu u industriji šećera
Pod vodom za upotrebu podrazumeva se sva voda koja je potrebna u jednom industrijskom pogonu za razne procese kao i za osoblje. U industriji šećera samo jedan mali deo vode, koji se koristi u sanitarne svrhe, treba da ima kvalitet vode za piće, dok se za industrijsku vodu ne postavljaju tako visoki zahtevi.
a) Voda za piće
Kvalitet vode uslovljen je ukupnom količinom rastvorenih u njoj neorganskih i organskih materija, gasova, koloida, suspendovanih materija i prisustvom mikroorganizama. Kvalitet vode za piće propisan je državnim i međunarodnim standardima.
Voda za piće u skladu sa našim pravilnikom (5) ne sme da sadrži nikakve uzročnike bolesti i ne sme da pokazuje nikakva svojstva štetna po zdravlje. Ne sme da sadrži koliformne bakterije a po svom poreklu trebalo bi da bude ukusna i da izaziva apetit; zato ona mora biti bezbojna, bistra, hladna, bez mirisa i dobrog ukusa.
Sadržaj rastvornih materija treba da se održava u određenim granicama. Prevelik sadržaj soli i prevelika tvrdoća su nepoželjni. Sadržaj od 0,1 mg gvožđa i 0,05 mg mangana u jednom litru vode po mogućnosti ne bi trebalo da se prekorači. Voda koja sadrži u većim koncentracijama gvožđe i mangan nepogodna je za upotrebu kao pijaća voda. Takva voda ima neprijatan bljutav ukus. Pri većem sadržaju gvožđa voda ostavlja na opranim predmetima mrlje rđe.
Neke prirodne vode su već kao takve zadovoljavajućeg kvaliteta za korišćenje u bilo koje svrhe i one se obično podvrgavaju samo dezinfekciji. Međutim, takvih voda je nažalost sve manje. Velika većina prirodnih voda sadrži razne nepoželjne sastojke u različitim količinama i oni se moraju ukloniti potpuno ili delimično, razložiti, ili bitno izmeniti po svojoj prirodi, pre nego što se takva voda upotrebi.
Prosečna potrošnja vode sa kvalitetom vode za piće danas se po stanovniku procenjuje, uzimanjem u obzir savremenih uslova (kupatilo, WC, veš mašina), na 200 1. dnevno.
b) Industrijska voda
Kod proizvodnje šećera ne postoji ni jedna faza rada, u kojoj nisu potrebne manje ili više velike količine vode. Voda se u industriji koristi uglavnom na tri načina: kao voda za hlađenje, kao napojna kotlovska voda ili kao tehnološka procesna voda. Zavisno od toga na koji će se od ova tri načina koristiti, prirodne vode se podvrgavaju određenom tretmanu kako bi se u krajnjem efluentu postigli određeni parametri kvaliteta.
Industrijskoj vodi za šećerane, kao što je pomenuto, u pogledu kvaliteta ne postavljaju se tako oštri zahtevi kao što je to slučaj kod vode za piće. Naime, zavisno od namene vode njeni fizički, hemijski i biološki pokazatelji treba da odgovaraju određenim zahtevima.
Kada se radi o vodi za hlađenje bitno je da ona ne sadrži suspendovane nečistoće koje bi se mogle taložiti u cevovodima i uređajima kroz koje protiče, da nema visoku karbonatnu tvrdoću koja bi pri zagrevanju vode mogla izazvati stvaranje kamenca i, konačno, da ne sadrži konstituente koji bi mogli izazvati koroziju metalnih površina sa kojima voda dolazi u dodir.
Kod vode za hlađenje nepoželjan je veliki sadržaj gvožđa i mangana jer pri njenom proticanju kroz cevovode može da dođe do pojave masovnog razvoja bakterija gvožđa odnosno mangana, koje za svoj metabolizam koriste energiju oksidacije ovih elemenata. Proizvodi metabolizma ovih bakterija mogu biti u takvim količinama da mogu smanjiti a ponekad i potpuno ispuniti unutrašnji prečnik cevi.
Prirodna voda se praktično nikada ne može koristiti za direktno napajanje kotlova, jer se, zbog moguće havarije kotlovskog postrojenja usled stvaranja kotlovskog kamenca i sigurnosti rada pogona, za ovu vrstu industrijske vode postavljaju mnogo oštriji zahtevi. Za napajanje parnih kotlova u industriji šećera koristi se isključivo kondenzat koga ima dovoljno kada fabrika radi punim kapacitetom. Količina kondenzata koja ponekad nedostaje (zbog pucanja cevi u zagrevnoj komori drugog otparnog tela, šećer prelazi u kondenzat i on se onda ne sme koristiti za napajanje kotlova) dopunjava se dodatnom, menjačima jona omekšanom vodom. Osim za ovu svrhu, na stanici za hemijsku pripremu vode priprema se potrebna količina dejonizovane čiste napojne vode za početak kampanje, kada još nema kondenzata, i na kraju kampanje, kada kondenzata nema dovoljno. Kondenzat veoma brzo apsorbuje gasove, naročito kiseonik i CO2, zato posude za napojnu vodu moraju biti zatvorene.
Kondenzat koji se koristi za napajanje kotlova naročito treba ispitivati na sadržaj šećera, jer on kao i kotlovski kamenac može da dovede do eksplozije kotla. Naime, šećer se često zapeče na zidove cevi u kotlu i sprečava prolaz toplote. Cevi se na tim mestima užare, omekšaju i naduvaju, a mogu čak i da popucaju (eksplodiraju). Šećer je opasan i zbog hemijskog ponašanja jer se on raspada na kiseline koje nagrizaju kotlovski materijal.
Kotlovska napojna voda ne sme da sadrži materije koje mogu da izazovu koroziju kotla, u prvom redu mineralne i organske kiseline i slobodan kiseonik, a zatim MgCl2, CaCl2, masti i ulja, itd. Masti i ulja su nepoželjni zbog korozivnosgi produkata njihovog termičkog razlaganja, dok se SaS12 i MgCl2 u vodi na višim temperaturama raspadaju i oslobađaju sonu kiselinu. Da bi se korozija usled delovanja kiselina svela na minimum u napojnoj vodi mora biti prisutna određena količina alkalnih materija, tako da pH bude oko 9.
Kotlovska napojna voda takođe ne sme da sadrži soli koje izazivaju stvaranje kotlovskog kamenca. Obrazovanjem kamenca smanjuje se toplotna provodljivost a time i ekonomičnost jer se povećava utrošak goriva po jedinici količine proizvedene pare. Tako, na primer, u parnom kotlu koji radi s neto kapacitetom od 1.330.000 kJ/ m2 h, temperatura čiste čelične ploče od 0,365 cm na zagrevnoj strani približno je ista kao i na strani vode (2D°C viša). Ako je unutrašnja površina kotla prekrivena slojem kamenca, temperaturna razlika između zagrevne površine i vode znatno se povećava. Što je debljina kamenca veća potrebna je sve viša temperatura da bi se došlo do neophodnog prenosa toplote. Temperatura čelika može da dostigne tačku omekšavanja i pošto je pod pritiskom koji vlada u parnom kotlu, cevi se mogu mestimično ispupčiti i metal istanjiti. Usled toga može da dođe do pucanja čeličnog lima na pregrejanim mestima uz eksploziju.
Kamenac u kotlovima je naziv koji se primenjuje za kompaktne taloge koji se hvataju na zidovima ili zagrevnim površinama parnog kotla. Struktura kamenca i njegov hemijski sastav zavisi od uslova pod kojima se on obrazuje i od hemijskih karakteristika napojne vode. Kamenac se pojavljuje kao posledica termičkog razlaganja bikarbonata i većih koncentracija drugih rastvornih soli u vodi zbog neprekidnog uparavanja, što dovodi do njihovog izdvajanja iz rastvora i taloženja na zidovima kotla.
Kalcijum-karbonatni kamenac potiče uglavnom od neomekšane vode koja sadrži bikarbonatnu tvrdoću. On se obično stvara u blizini injektora cce voda najpre dolazi u dodir s vrelom vodom iz parnog kotla. Ugljen-dioksid koji se oslobađa pri razlaganju bikarbonata, odlazi u parne vodove, tako se reakcijom:
Ca2+ + 2HCO3- → CaCO3 + H2O + CO2
uklanja i karbonatni jon jer se taloži CaCO3. Od ovog kalcijum-karbonata stvara se mulj, koji se odstranjuje redovnim odmuljivanjem kotla.
Obrazovanje kamenca se odvija postepeno. U početku se, po dostizanju proizvoda rastvorljivosti usled isparavanja ili usled odvijanja hemijskih reakcija u homogenom rastvoru, pojavljuju klice kristala, čiji postepeni rast dovodi do obrazovanja kompaktnog sloja kamenca ili do pojave rastresitog taloga. Od soli koje stvaraju kamenac-naročito su nepoželjne soli čija rastvorljivost opada sa porastom temperature. Krive rastvorljivosti većine soli pokazuje da rastvorljivost brzo raste s porastom temperature. Na nesreću, obrnuto je kod jedinjenja koja nastaju pri kondicioniranju vode. Rastvorljivost Mg(OH)2, CaSO4, Sa(ON)2 i Ca2(OH)2S04 smanjuje se s porastom temperature. Na primer, rastvorljivost poluhidrata gipsa, na 100°C iznosi 1650 mg/l. Na 200°C ona se smanjuje na 150 mg/l. Na višim temperaturama koje se sreću u parnim kotlovima za proizvodnju pare visokog pritiska, rastvorljivost anhidrovanog CaS04 opada na nekoliko miligrama po litru. Ove supstance sa negativnim temperaturnim koeficijentom rastvorljivosti talože se na najtoplijim površinama, obrazujući kompaktan sloj kamenca. Što je veća brzina proizvodnje pare i/ili pritisak u parnom kotlu, to je veća verovatnoća da će se stvoriti kamenac.
Naročito je nepoželjan čist amorfni silikatni kamenac, koji ima veoma malu toplotnu provodljivost (0,837 kJ/m2 h °C) pa parni kotao slabije radi već kada je debljina sloja manja od 0,0051 cm. Soli sa pozitivnim toplotnim koeficijentom rastvorljivosti (NaCl, CaSO4, Na2SO4 i Na3PO4) talože se samo iz veoma koncentrovanih prezasićenih rastvora i ne obrazuju kamenac nego rastresit mulj. Međutim, njihovo prisustvo u vodi smanjuje rastvorljivost odgovarajućih soli kalcijuma i magnezijuma, pa tako indirektno potpomažu stvaranje kamenca.
Za napojnu kotlovsku vodu postavljaju se različiti uslovi kvaliteta, zavisno od radnog pritiska u kotlu (vidi glavu 4 − Para i energija). Tako, napojna voda za kotlove niskog pritiska, osim soli zaostale tvrdoće koje stvaraju mulj u kotlu, sadrži obično i veliku količinu rastvorenih neutralnih soli i višak alkalija. Međutim, napojna voda za kotlove visokog pritiska praktično ne sadrži tvrdoću, pa i ne može stvarati mulj u kotlu. Ona sadrži samo male količine rastvornih soli (Na2SO4, NaCl), uz nešto alkalnog fosfata. Pošto se iz kotla stalno odvodi čista vodena para, koncentracija svih ovih soli u kotlu stalno raste, i pošto ona dostigne određenu vrednost koja zavisi od vrste kotla, mora se pristupiti odsoljavanju kotla, odnosno ispuštanju jednog dela kotlovske vode i njenoj kompenzaciji sa odgovarajućom količinom sveže napojne vode. Pošto se kod kotlova niskog pritiska tom prilikom ispušta i mulj, koji je nastao u kotlu od zaostale tvrdoće, ovaj postupak se naziva odmuljivanje. Međutim, kod ispravno omekšane vode, a naročito kada se radi o kotlovima visokog pritiska, količina je veoma mala, pa se govori o odsoljavanju kotla, koje se izvodi u svrhu održavanja alkalnog broja, odnosno sadržaja alkalnih soli, na približno konstantnom nivou.
Za svaki kotao se praktično utvrdi maksimalno dozvoljena koncentracija soli koja mora biti takva da kod normalnih oscilacija opterećenja kotla ne dolazi do udara u kotlu ni do penušanja kotlovske vode. Po dostizanju ove vrednosti počinje se sa ispuštanjem kotlovske vode tako da odsoljavanjem biva ispušteno onoliko soli koliko se u kotao uvodi sa svežom napojnom vodom. Na taj način se gustina kotlovske vode održava na približno konstantnom nivou. U periodu do dostizanja maksimalno dozvoljene koncentracije soli u kotlovskoj vodi ona se neprestano ugušćuje i stepen ovog ugušćivanja izražava se pomoću broja ugušćenja koji pokazuje koliko se puta sadržaj soli u kotlovskoj vodi povećao u odnosu na sadržaj soli u napojnoj vodi.
Umesto preko sadržaja soli, broj ugušćenja se može izraziti i preko sadržaja SiO2 ili preko alkalnog broja napojne i kotlovske vode. U pogonu se međutim, broj ugušćenja obično određuje preko sadržaja hlorida u napojnoj odnosno kotlovskoj vodi, pošto hloridi, kao neutralne soli, najmanje podležu promenama. U tom slučaju broj ugušćenja BU se izračunava po obrascu:
BU = Clk / Cln
gde je: Clk − koncentracija hlorida u kotlovskoj vodi, mg/l; Cln − koncentracija hlorida u napojnoj vodi, mgA.
Pošto svako odsoljavanje prati gubitak u pripremljenoj vodi i gubitak toplote, treba težiti da se ono vrši što je moguće ređe, pod uslovom da sadržaj soli u kotlovskoj vodi i njen alkalni broj ne pređu maksimalno dozvoljenu vrednost.
U pogledu osobina tehnološke vode, koja se koristi u proizvodnom procesu, postavljaju se različiti zahtevi u zavisnosti od namene. Tako, na primer, kod sveže vode, koja se koristi za dobijanje difuzionog soka, u svakom slučaju treba izbegavati visok sadržaj organskih materija i soli (vidi 1. knjigu, glavu 5 − Ekstrakcija soka iz repe). Materije (uglavnom ostaci zemlje) i mikroorganizmi, uneti na početku procesa s vodom za plavljenje i pranje repe, eliminišu se najkasnije u fazi prečišćavanja soka. Spore mikroorganizama, izuzetno dospele do otparne stanice, uginu usled visoke temperature, tako da nečistoće iz početne faze rada sa sokovima ne mogu dospeti u stanicu kristalizacije šećera ili u gotov proizvod.
No, bez obzira na izneto, treba težiti da se smanji što je moguće više broj mikroorganizama koji svojom aktivnošću čine znatne smetnje, pošto su rezanci i difuzioni sok veoma pogodne sredine za njihovo razmnožavanje, i najčešće su osnovni uzrok gubitka šećera na difuziji. Zato je potrebno, pre ulaska repe u praonicu, prljavu vodu od hidrauličkog transporta repe dobro odvojiti od repe da se ne bi mešala sa čistom vodom za pranje. Voda za pranje repe treba da ima temperaturu od 5°C do 15°C, pH = 7 i da je mikrobiološki ispravna.
Voda koja se koristi u rafineriji šećera za razblaživanje šećerovine, za afinisanje šećera na centrifugama kao i za vlaženje kristala pri proizvodnji šećera u kockama, mora imati kvalitet vode za piće.
3. Bilans voda
a) Mesša potrošnje vode
Prerada repe spada u industrijske grane koje troše vrlo velike količine vode. Za ilustraciju ovog navoda, dovoljno je navesti da šećerana kapaciteta 4.000 t repe na dan, pri upotrebi sveže vode za rad na svim stanicama, troši oko 70.000 m3 vode na dan, a toliko potroši jedan srednjoevropski grad sa oko 400.000 stanovnika. Prema tome, logična je tendencija u industriji šećera da se maksimalno ekonomiše vodom. Štednju voda ne treba sprovoditi samo u slučajevima kada fabrika ne raspolaže dovoljnom količinom vode, nego to treba smatrati principom, jer se na taj način štedi energija u pogonu, manje se opterećuju pumpe i pojavljuje se manje problema sa otpadnim vodama.
Za pojedine svrhe u fabrici šećera mora se trošiti samo sveža voda kao što je to slučaj sa pranjem saturacionog gasa ili deo sveže vode za nadoknadu gubitaka vode u recirkulacionim krugovima voda za hlađenje mašina i barometarsku kondenzaciju, dok se na drugim mestima može koristiti prečišćena ili topla voda. U savremenim šećeranama voda se koristi na mestima koja su navedena u tablici 6.
| Red. broj | Mesto potrošnje vode | Red. broj | Mesto potrošnje vode |
| 1. | Repni kanali | 12. | Centrifuge |
| 2. | Pranje repe | 13. | Kompresori s vodenim prstenom |
| 3. | Difuzioni uređaji | – | a) vakuum-pumpe za aparate |
| 4. | Pranje S02-gasa | – | b) vakuum-pumpe za filtere |
| 5. | Hidratisanje (gašenje) kreča | – | v) CO2-kompresori |
| 6. | Islađivanje filtara | 14. | Parni kotlovi |
| 7. | Izrada muljne suspenzije | 15. | Vakuum aparati |
| 8. | Pranje filtracionog platna | 16. | Hlađenje ulja za turbinu |
| 9. | Hlađenje šećerovine | 17. | Hlađenje ostalih mašina |
| 10. | Barometarska kondenzacija | 18. | Hemijska laboratorija |
| – | a) za vakuum-aparate | 19. | Higijenske potrebe |
| – | b) za vakuum-filtre | 20. | Razno-sveža voda |
| 11. | Priprema klera | 21. | Razno-topla voda |
U daljem izlaganju iznećemo podatke i načine izračunavanja potrebne količine vode za normalno funkcionisanje navedenih radnih mesta.
b) Potrošnja vode za rad na repnim kanalima
Za hidrauličko transportovanje repe u fabriku troši se na repnim kanalima oko 600% vode na repu. Potrošnja vode na ovoj stanici može da varira u dosta širokim granicama, a zavisi od punjenja preseka kanala vodom i od brzine strujanja vode. Ona se kao što znamo (vidi glavu 4), izražava obrascem:
Q = w v (7)
gde Q označava količinu vode za plavljenje repe u m3/sec, w površinu poprečnog preseka vodene struje u m2, a v brzinu strujanja vode u m/sec.
Brzina strujanja vode zavisi od pada kanala, od njenog trenja o zidove kanala i od hidrauličnog radijusa, a može se izraziti poznatim obrascem:
v = C √ Ri m/sec (8)
gde v ima značenje kao i gore, i označava pad kanala izražen u m po dužnom metru, R predstavlja hidraulički radijus i označava odnos između površine poprečnog preseka struje u kineti i obima okvašenog dela kinete izražen relacijom: R = w/P,
dok C označava koeficijent trenja, koji kod glačanog cementnog zida iznosi: C = 85, kod neglačanog zida C = 57, a kod zida od cigala C = 50.
U cilju objašnjenja primene gornjih obrazaca uzećemo sledeći primer. Dnevna prerada repe iznosi 3.0001, što znači da toliku količinu repe treba transportovati kinetom hidrauličnog transportera u fabriku. Širina betonske kinete iznosi 0,60 m, a visina 0,80 m, dok je visina vode u njoj 0,20 m. Pad kinete je 10 mm/m ili 0,01 m/m (i). Zid kinete je izrađen od neglačanog betona, što znači da je S = 57. Na osnovu prednjih podataka, hidraulički radijus ima vrednost R = 0,12 / 1,60 = 0,08 m, a količina prerađene repe iznosi 34,72 kg/sec. Uvrštavanjem potrebnih vrednosti u obrazac 8. dobijamo da je:
v = 57 √0,08 0,01 = 1,60 m/sec
dok je količina vode za plavljenje repe u sekundi:
Q = 0,12 1,60 = 0,192 m3/sec = 192 l/sec
Prema tome, za transportovanje repe u fabriku troši se sledeća količina vode:
192 100 / 34,72 = 550% na repu.
Kod repinih kanala s mlaznicama potrebna količina vode za rušenje i plavljenje repe zavisi od prečnika mlaznice i od njenog pritiska, a može se izračunati pomoću obrasca:
Vk = 1,04 d2 Vp / R
gde Vk označava količinu vode u %-tima na repu koja prolazi kroz mlaznicu, d prečnik otvora mlaznice, Vp pritisak vode pri izlasku iz mlaznice u atm., a R količinu prerađene repe u sekundi u kg.
Prema iskustvu, za rušenje repe u kinetu potrebno je da voda iz mlaznice ima početnu brzinu od 30 m/sec, što odgovara pritisku od 3 atm. Uzmemo li, da mlaznica ima prečnik 80 mm i da fabrika prerađuje 3.000 t repe na dan, ili 34,72 kg/sec, za transportovanje i rušenje repe biće potrebna sledeća količina vode:
v) Potrošnja vode za pranje repe
Potrošnja vode za pranje repe varira u širokim granicama i zavisi od čistoće repe, od načina kretanja vode u pralici, od odnosa vode i repe u pralici i od vremena njihovog zadržavanja. Savremene mašine za pranje repe većih su dimenzija od starih, punjenje repom je manje, dok je zadržavanje i repe i vode oko 10 minuta.
Ovde treba navesti da je štednja vode za pranje repe pogrešna, jer cilj pranja repe nije samo u tome da se dobije repa dovoljno čista i bez mehaničkih primesa, nego je potrebno da se prilikom pranja što je moguće više smanji količina mikroorganizama, koji čine znatne smetnje i dovode do gubitka saharoze na difuziji. Zato se u mnogim inostranim fabrikama šećera nalazi po nekoliko mašina za pranje repe, pri čemu se vrši obavezna dezinfekcija repe u onoj mašini iz koje ona odlazi na rezanje i dalje na difuziju. Na taj način smanjena je mogućnost infekcije na difuziji i gubici šećera pod dejstvom mikroorganizama.
Kod savremenih mašina za pranje repe primenjuje se princip protivstrujnog kretanja repe i vode, dok se potrošnja vode u pojedinoj mašini kreće oko 150% na repu. Za izračunavanje količine vode za pranje repe primenjuje se način naveden u glavi 4.
g) Potrošnja vode na difuziji
Radi izračunavanja količine (mase) sveže vode potrebne za rad kontinualne difuzije, sastavićemo bilans za vodu polazeći od pretpostavke da se prerađuje repa sa 25% suve materije, da se na difuziji dobija 125 kg difuzionog soka sa 15% suve materije i 66,4 kg izluženih rezanaca sa 8% suve materije na 100 kg repe i da se posle ceđenja dobija 21,4 kg rezanaca sa 20% suve materije. Na osnovu ovih podataka, bilans za vodu bio bi sledeći:
a) Na difuziju dolazi vode:
- sa 100 kg repe (100 − 25) 75 kg
- sa prese za rezance (66,4 − 21,4) 45 kg
Svega dolazi na difuziju 120 kg
b) Sa difuzije odlazi vode:
- sa izluženim rezancima (66,4 − 5,3) 61,10 kg
- sa difuzionim sokom (125 − 18,75) 106,25 kg
Svega odlazi sa difuzije 167,35 kg
v) Potrebno na difuziju dovesti sveže vode:
167,35 − 120 = 47,35 kg
d) Potrošnja vode za pranje i hlađenje C02~žaca
Saturacioni gas se pere vodom iz dva razloga: da se odstrane mehaničke nečistoće (pepeo) i da se ohladi na temperaturu od 35 °C do 40 °C. Količina (masa) vode potrebna za hlađenje gasa ujedno je dovoljna i za njegovo čišćenje od mehaničkih primesa, a može da se izračuna pomoću obrasca:
Vg = Q1 + Q2 / h v.izl. h v.ul. (10)
gde Vg označava masu vode za pranje gasa u %-tima na repu, Qi odvedenu količinu toplote iz gasa u kJ na 100 kg repe, Q2 odvedenu količinu toplote pri kondenzaciji prisutne pare u gasu u kJ na 100 kg repe, h’v.izl. specifičnu entalpiju vode posle hlađenja gasa u kJ/kg, a h’v.ul. specifičnu entalpiju vode za hlađenje gasa u kJ/kg.
Da bi smo razumeli primenu gornjeg obrasca, uzećemo sledeći primer iz prakse. Za čišćenje soka troši se 2,0% CaO na repu, pri čemu se dobija saturacioni gas sa 32% C2O i sa 2,5% vlage u parnom stanju. Temperatura pare pri pritisku koji vlada u laveru iznosi 94°C, a specifični toplotni kapacitet 1,96 kJ/kg, dok je specifični toplotni kapacitet suvog gasa 0,96 kJ/kg. Temperatura gasa pre pranja bila je 100 °C, a posle pranja 40°C.
Prema proračunu na 1 kg proizvedenog CaO dobija se 3,5 kg suvog gasa. Pošto se za čišćenje soka troši 2 kg CaO/100 kg repe, znači da se dobija 7,0 kg saturacionog gasa. Prema tome, količina odvedene toplote pri pranju suvog gasa pod uslovima u primeru mora biti sledeća:
Ql = 7,0 (100 − 40) 0,96 = 403,2 kJ
Preračunamo li količinu pare u gasu na repu, dobijamo da ona iznosi:
7,0 2,5 / 100 = 0,175%, pa količina odvedene toplote pri kondenzaciji pare iznosi:
Q2 = 0,175 (100 − 94) 1,96 + 0,175 (2662,3 − 167,44) = 438,66 kJ
gde je 2662,3 specifična entalpija pare na temperaturi od 94°C.
Uvršćavanjem izračunatih vrednosti za Q1 i Q2 i poznatih vrednosti za h’v.izl. i h’v.ul. U obrazac 10 dobijamo da masa vode za hlađenje i pranje saturacionog gasa iznosi:
Vg = 403,20 + 438,66 / 167,44 − 62,79 = 8,0%
đ) Potrošnja vode za Gašenje kreča
Potrošnja vode za gašenje (hidratisanje) kreča zavisi od koncentracije krečnog mleka koja se želi postići. Ona se može izračunati pomoću sledećeg obrasca:
V = (100 d / S − 1) CaO
gde V označava potrebnu količinu vode za pripiremu krečnog mleka u %-tima na repu, d gustinu krečnog mleka u g/cm3, S količinu CaO u g u 100 cm3 krečnog mleka, a CaO potrošnju CaO u %-tima na repu. Primena obrasca 11 vidi se na sledećem primeru. Pri izradi krečnog mleka troši se 2,0% CaO na repu. Izrađuje se krečno mleko koncentracije 20°Ve, koje ima gustinu 1,96 g/cm3 i količinu CaO/100 cm3 S = 20,6 (tablica po Lenartu). Uvrštavanjem vrednosti iz primera u obrazac 11 dobija se da količina vode za gašenje kreča iznosi:
V = ( 100 1,96 / 20,6 − 1 ) 2,0 = 9,26% na repu.
Za gašenje kreča obično se upotrebljava voda od ispiranja saturacionog mulja, ali je bolje za tu svrhu upotrebiti vodu koja ne sadrži šećer.
Za ispiranje saturacionog mulja od šećera troši se približno 100% vode na količinu vlažnog mulja. Prema tome, potrošnja vode za ovu svrhu direktno je proporcionalna sa količinom mulja, a ova zavisi od količine utrošenog CaO za čišćenje difuzinog soka. Količina saturacionog mulja izračunava se na već poznati način.
Pri upotrebi 2,0% CaO za čišćenje soka dobija se (vidi napred) oko 8,20 kg saturacionog mulja, što znači da će za ispiranje šećera iz mulja biti potrebno približno 8,20% vode na repu. Za ispiranje se obično upotrebljava voda s barometarske kondenzacije ili neki od kondenzata.
ž) Potrošnja vode za izradu muljne suspenzije
Saturacioni mulj prve i druge saturacije izbacuje se iz šećerane u vidu muljne suspenzije sa 12% suve supstance. Ranije smo izračunali da se pri upotrebi 2,0% CaO za čišćenje soka dobije 4,1 kg suvog mulja, čijim se prevođenjem u suspenziju sa 12% suve supstance dobija:
suspenzija = 4,10 100 / 12 = 34,10% na repu.
Pošto se posle ispiranja dobija u stvari 8,20 kg saturacionog mulja sa 50% vode, njemu se mora dodati još vode:
34,10 − 8,20 = 25,90% na repu.
Za razblaživanje mulja većinom se upotrebljava topla voda sa barometarske kondenzacije.
z) Potrošnja vode za pranje filtracionog platna
U industriji šećera peru se pamučna filtraciona platna sa filtar-presa i filtara niskog pritiska. Za ovu svrhu troši se, prema proceni, oko 3,0% vode na repu, i za to se upotrebljava kondenzat. Za filtraciju na vakuum-filtrima upotrebljavaju se najčešće platna od perlona i najlona, koja se ne moraju prati gotovo preko cele kampanje.
i) Potrošnja vode za hlađenje šećerovine
Potrošnja vode za hlađenje šećerovine zavisi u prvom redu od šeme rada na stanici za kristalizaciju. U našoj zemlji vodom se hladi samo S-šećerovina, pri čemu se količina vode može izračunati pomoću obrasca:
Vš = mš (t2 − t1) Cp / (t4 -13) C H2O (12)
gde Vš označava masu utrošene vode za hlađenje šećerovine u %-tima na repu, mš-masu šećerovine u %-tima na repu, Cp-specifični toplotni kapacitet šećerovine, t2 temperaturu šećerovine pre hlađenja, ti temperaturu šećerovine posle hlađenja, t4 temperaturu vode posle hlađenja, t3 temperaturu vode pre hlađenja, SngO speci- fični toplotni kapacitet vode. Uzmemo li primer da je mš = 8,18%, da je Sr = 2,0 kJ/(kg K), da je t2= 75°C, da je C = 40°C, da je t4 = 25°C i da je t3 = 20°C, onda potrošnja vode za hlađenje S-šećerovine iznosi:
Vš = 8,18 (75 − 40) 2,0 (25 − 20) 4,186
j) Potrošnja vode za baromešarsku kondenzaciju para sa otparne stanice i vakuum-aparata
Sekundarne pare niskog pritiska sa otparne stanice i iz vakuum-aparata odlaze u barometarske kondenzatore, gde se direktno mešaju sa hladnom vodom i pri tome kondenzuju, dok se nekondenzovani gasovi izvlače iz kondenzatora pomoću vakuum-pumpi.
Potrošnja vode na barometarskoj kondenzaciji zavisi od količine pare koja dolazi na kondenzaciju i od njene temperature, kao i od temperature vode za hlađenje i vode koja odlazi s kondenzacije.
U barometarski kondenzator dolaze razne količine određenih sekundarnih para sa individualnim temperaturama; zato se u prvom redu izračunava prosečna temperatura pare u kondenzatoru, za koju se u šećerani sa uobičajenom šemom rada može primeniti sledeći izraz:
t0= D1 t1 + D2 t2 + D3 t3 + D4 t4 / D1 + D2 + D3 + D4
gde to označava srednju temperaturu sekundarnih para u barometarskom kondenzatoru, Di količinu sekundarne pare s poslednjeg tela (koncentratora) otparne stanice, C odgovarajuću temperaturu, D2 količinu sekundarne pare s vakuum-aparata A-šećerovine, t2 odgovarajuću temperaturu, D3 količinu sekundarne pare s vakuum-aparata V-šećerovine, t3 odgovarajuću temperaturu, D4 količinu sekundarne pare s vakuum-aparata S-šećerovine a t4 odgovarajuću temperaturu. Uzmemo li primer iz prakse sa slučajem da je Di = 1,0 kg, a ti = 95°C, da je D2 = 10,5 kg, a t2 = 75°C, da je D3 =2,9 kg, a t3 = 70°C, i da je D4 = 1,6 kg, a t4 = 65°C, onda je srednja temperatura pare u kondenzatoru:
t0 = 1,0 95 + 10,5 75 + 2,9 70 + 1,6 65 / 1,0 + 10,5 + 2,9 + 1,6 = 74,3 °C
Specifična entalpija pare temperature 74,3°C iznosi h”to = 2634 kJ/kg
Masa vode potrebna za kondenzaciju ukupne količine sekundarnih para napred izračunate srednje temperature može se izračunati pomoću obrasca:
mVbk = (D1 + D2 + D3 + D4)(h”t0-h t6) / h“t6-ht5
gde mVbk označava masu vode za kondenzovanje pare u barometarskoj kondenzaciji, Di, D2, D3 i D4 količine napred specifiranih sekundarnih para, h”to specifičnu entalpiju pare sa srednjom temperaturom to u kondenzatoru, h’tg specifičnu entalpiju vode pri izlasku iz kondenzatora, h’t5 specifičnu entalpiju sveže vode pri ulasku u kondenzator. Uzmemo li da je suma sekundarnih para koje dolaze na kondenzaciju, kao u gornjem primeru, 16,0 kg/l00 kg repe, da je h”^ = 2634 kJ/kg pare, da je t6 = 40°C i h’t6 = 167,5 kJ/kg, a ts = 20°C i h’t5 = 83,9 kJ/kg, onda masa vode potrebna za kondenzovanje pare iznosi:
mVbk = 16,0 (2634,0 − 167,5) / 167,5 − 83,9 = 472% na repu.
Potrošnja vode za barometarsku kondenzaciju para sa vakuum-filtara
Vakuum-filtri imaju poseban barometarski kondenzator i posebnu vakuum-pumpu jer pri filtraciji muljnog soka dolazi do isparavanja vode. Na osnovu iskustva, uzima se da u vakuum-filtrima ispari 3% vode na repu i ona se mora kondenzovati. Za izračunavanje potrebne količine vode služi obrazac sličan prethodnom, koji glasi: gde mVko označava masu vode za barometarsku kondenzaciju u %-tima na repu, D količinu pare s vakuum-filtra koja dolazi na kondenzaciju u %-tima na repu, h’t2 specifičnu entalpiju vode pri izlasku iz kondenzatora, h’t1 specifičnu entalpiju sveže vode pri ulasku u kondenzator, a h”vf specifičnu entalpiju pare sa vakuum- filtera. Uzmemo li primer iz prakse za slučaj da je D = 3% na repu, da je t2 = 30°C, i h’t2 = 125,7 kJ/kg, da je ti =20°C i h’t1 = 83,9 kJ/kg, da je temperatura pare s filtera 80°C, i odgovarajuća specifična entalpija h”hf = 2644 kJ/kg onda potrebna masa vode za barometarsku kondenzaciju vakuum-filtara iznosi:
mVko = 3 (2644,0 − 125,7) / 125,7 − 83,9 = 181% na repu.
Prema tome, ukupna masa vode za barometarsku kondenzaciju u savremenoj šećerani iznosi:
mVbk + mVko = 472,0 + 181,0 = 653% na repu.
Prema uobičajenoj šemi za kristalizaciju šećera dobija se oko 10% afinisanog sirovog šećera (afinada) sa 2% vode, što znači, oko 10% suve supstance na repu. Od ove količine afinade izrađuje se klera sa prosečno 70°Vh, pri čemu se dobija:
10 100 / 70 = 14,3 klere na repu. Prema tome, za pripremu klere troši se vode:
14,3 − 10,0 = 4,3% na repu.
Za ovu svrhu upotrebljavaju se kondenzati.
m) Potrošnja vode za centrifuge
Na centrifugama se voda upotrebljava za pranje kristala i afinaciju srednjeg (V) proizvoda. Na osnovu iskustva uzima se da se za ispiranje i afinaciju troši oko 2,5% vode računato na šećerovinu. Pošto se A i V šećerovine dobija do 53% na repu, trošiće se na centrifugama sledeća količina vode:
53 2,5 / 100 = 1,3% na repu.
n) Potrošnja vode za vakuum-iumie sa vodenim irsšenom
Vakuum-pumpe sa vodenim prstenom (sistem ”ELMO”) troše dekarbonizovanu ili meku svežu vodu za oduzimanje toplote koja nastaje prilikom kompresije i za obnavljanje vodenog prstena u pumpi. Prema podacima proizvođača pumpi, potrošnja vode po jednoj pumpi kapaciteta 44 m3 − 62 m3 gasova u minuti iznosi: V = 190 1/min.
Za fabriku kapaciteta 4000 t repe na dan ili 2780 kg repe na minut, potreba vode za pumpe s vodenim prstenom biće sledeća:
a) 2 pumpe za barometarsku kondenzaciju:
Vbk = 2 190 100 / 2780 = 13,7% na repu.
b) 1 pumpa za kondenzaciju pare sa vakuum-filtera:
Vko = 190 100 / 2780 = 6,8% na repu.
v) 2 kompresora za saturacioni gas:
Vsg = 2 190 100 / 2780 = 13,7% na repu.
Prema tome, ukupna potršnja vode Vu za vakuum-pumpe s vodenim prstenom i CO2-kompresore iznosi:
Vu = 13,7 + 6,8 + 13,7 = 34,2% na repu.
Za ovu svrhu troši se isključivo sveža voda.
nj) Potrošnja vode za naiajanje iarnih košlova i hlađenje pare
Za napajanje parnih kotlova upotrebljavaju se kondenzati iz zagrevnih komora prvog i drugog tela otparne stanice. U obzir dolaze samo vrući kondenzati čiji utrošak iznosi oko 54,3% na repu, što zavisi od potrošnje oštre i sekundarne pare u šećerani.
o) Potrošnja vode na vakuum-aparatima
Na vakuum-aparatima voda se troši za pranje staklada bi se vizuelno mogla pratiti kristalizacija. Za tu svrhu upotrebljava se kondenzat sa temperaturom od oko 80°C, čija potrošnja prema iskustvu, iznosi 0,4% na repu.
i) Potrošnja vode za hlađenje ulja za turbinu
Za hlađenje ulja za turbinu upotrebljava se dekarbonizovana ili meka sveža hladna voda. Prema podacima iz prakse, za tu svrhu troši se 801. vode na minut za turbinu snage 1000 kW. Uzmemo li da za šećeranu kapaciteta 40001 repe na dan, ili 2780 kg/min treba turbina snage 7000 kW, onda će se za hlađenje ulja za turbinu trošiti vode:
7 80 100 / 2780 = 20,1% na repu.
r) Potrošnja vode za hlađenje ostalih mašina i uređaja
U šećerani se voda koristi za hlađenje greda na rešetkama parnih kotlova i ležišta raznih pumpi. Za ovu svrhu upotrebljava se dekarbonizovana ili meka sveža hladna voda, čija potrošnja zavisi od konstrukcije navedenih mašina i uređaja. U savremenim šećeranama troši se prema iskustvu, za ova hlađenja oko 15% vode na repu.
s) Potrošnja vode za hemijsku laboratoriju
U hemijskoj laboratoriji pretežno se upotrebljava sveža voda za pranje i hlađenje uzoraka. Ovde se troši oko 1,5% vode na repu.
š) Potrošnja vode za higijenske potrebe
U šećerani se troši sveža voda za pranje i održavanje čistoće u fabrici, za normalnu upotrebu higijenskih objekata i za piće. Ukupna potrošnja vode na svim mestima u pogonu za navedene higijenske potrebe iznosi, prema iskustvu, 6% na repu.
U pogonu šećerane troši se povremeno u većim ili manjim količinama sveža voda. Prema proceni i iskustvu, srednja potrošnja vode za vršenje povremenih zadataka iznosi oko 5% na repu.
u) Potrošnja tople vode za razne potrebe
Topla voda i kondenzati troše se povremeno u fabrici za pranje i održavanje čistoće, za rad u laboratoriji, za higijenske čvorove i slično. Prema proceni, za te svrhe troši se oko 4% vode na repu.
B. Otpadne vode
Industrija šećera je, kao što je već istaknuto, veliki potrošač vode jer je za preradu repe potrebno pri korišćenju sveže vode za rad na svim stanicama 16 do 17 puta više vode nego repe, pri čemu skoro 99% upotrebljene vode izlazi iz fabrike kao otpadna voda.
Prema tome, porast potrebe za svežom vodom pri korišćenju vode u tzv. otvorenom-protočnom režimu povezan je takođe sa povećanjem količine otpadnih voda ispuštenih u vodotokove i sa neophodnošću proporcionalnog povećanja stepena prečišćenosti otpadnih voda. To suštinski otežava zaštitu vodotokova od zagađivanja i dovodi do porasta troškova za prečišćavanje otpadnih voda, budući da su investicioni i eksploatacioni troškovi postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda znatni.
Otpadne vode industrije šećera veoma se razlikuju po vrsti i stepenu zagađenosti i u zavisnosti od toga mogu se podeliti u više kategorija. Od gotovo čistih toplih kondenzata i nešto zagađenije vode iz kruga barometarske kondenzacije, otpadne vode od istovara, plavljenja i pranja repe, od pranja saturacionog gasa i filtracionog platna i od muljne suspenzije spadaju u kategoriju vrlo zagađenih voda. One sadrže, pored mehaničkih primesa, i repine sastojke, uglavnom šećer i druge organske supstance.
Imajući u vidu gore iznetu činjenicu, da pri korišćenju vode u otvorenom-protočnom režimu skoro 99% upotrebljene vode izlazi iz fabrike kao otpadna voda, postaje potpuno jasno od kakvog je posebnog značaja maksimalno ekonomisanje svežom vodom ne samo s aspekta cene, koju treba platiti za njeno korišćenje, nego i s aspekta problema i teškoća koji nastaju u vezi sa tako velikom količinom otpadnih voda i mogućnosti uklanjanja zagađenosti iz njih. Značaj ekonomisanja vodom postaje sve veći s izgradnjom fabrika šećera velikog kapacitete, jer način tretiranja i odlaganja otpadnih voda koji je bio prikladan za fabrike šećera malog kapaciteta ne može da važi za fabrike velikog kapaciteta, kakve se danas pretežno grade.
Za prečišćavanje otpadnih voda industrije šećera, s obzirom na njihovu raznolikost i buduću namenu, koriste se različite metode. Često se za određenu svrhu kombinuje više metoda i primenjuje se postupak, koji može da bude više ili manje složen u svom izvođenju. Otuda, poznavanje osobina otpadnih voda je od osnovne važnosti za ispravan izbor postupaka za njihovo prečišćavanje kao i procenu mogućnosti ponovnog korišćenja prečišćenih voda u razne svrhe u procesu dobijanja šećera. Zato ćemo se pre razmatranja i upoznavanja sa postupcima prečišćavanja otpadnih voda upoznati sa njihovim osnovnim karakteristikama.
1. Voda od istovara, plavljenja i pranja repe
Voda od istovara, plavljenja i pranja repe odlikuje se velikim sadržajem mineralnih primesa u obliku suspenzije koja lako sedimentira, a takođe organskim zagađenjima u čvrstom (delovi repe, trava, lišće) i rastvorenom stanju (ugljeni hidrati, belančevine, saponini i dr.). Količina rastvorenih materija zavisi od temperature i svojstava vode koja se koristi za istovar, plavljenje i pranje repe (sveža ili povratna) i od kvaliteta repe. S pogoršanjem kvaliteta sirovine sadržaj rastvorenih primesa raste.
2. Voda barometarske kondenzacije
Voda barometarske kondenzacije je topla voda (40-50°C), koja dolazi iz barometarskih kondenzatora. Stepen njene zagađenosti zavisi pre svega od čistoće vode, koja se koristi za kondenzaciju para, i količine isparljivih materija, na primer NH3, aminokiselina itd., koje dolaze sa sekundarnim parama na kondenzaciju. Voda barometarske kondenzacije sadrži amonijaka od 34 mg/l do 100 mg/l i određenu količinu taloga oko 4 mg/l − 6 mg/l.
Pri jakom penjenju sokova na otparnoj stanici kao i usled lošeg funkcionisanja hvatača kapi na vakuum-aparatima može u kondenzator dospeti određena količina šećera, što jako zagađuje vodu. Količina vode barometarske kondenzacije zavisi od količine sekundarne pare i razlike temperatura vode kojom se kondenzuje para i vode koja izlazi iz barometarskog kondenzatora.
3. Kondenzati
Kondenzati iz zagrevača sokova i iz zagrevnih komora pojedinih tela otparne stanice i vakuum-aparata čine najčistiju vodu. Pod normalnim uslovima rada one sadrže samo amonijak i nešto amonijum-karbonata, i to u količini od 85 mg/l do 250 mg/l. U slučaju kvara na zagrevnom sistemu nekog aparata mogu sadržavati i šećer.
Kondenzati zahvaljujući svom toplotnom sadržaju (temperatura 90°C − 125°C) i neznatnom stepenu zagađenja skoro potpuno se koriste u tehnološkom procesu. Oni sa najvišom temperaturom korisge se za napajanje kotlova, dok se ostatak skuplja u sabirnom rezervoaru tople vode i troši na raznim mestima u fabrici.
Kondenzati koji se koriste za napajanje kotlova moraju proći uređaj za degazifikaciju, jer sadrže rastvorene gasove, od kojih je naročito štetan kiseonik, koji izaziva koroziju kotlovskih postrojenja.
4. Voda od pranja i hlađenja saturacionog gasa
Voda od pranja i hlađenja saturacionog gasa, koja izlazi iz lavera, je topla voda, čija temperatura ne treba da pređe 45°C i obično iznosi 35°C − 45°C. Iako se ona svrstava u vrlo zagađene vode, podaci o njenom stepenu zagađenosti su vrlo protivrečni. Stepen zagađenosti vode iz lavera (naročito vrednosti VRK5 i sadržaj suspendovanih materija) može se kolebati u znatnim granicama. To je potpuno razumljivo, jer svojstva vode iz lavera zavise od uslova rada peći za proizvodnju kreča (položaj zone pečenja, količina gasa koji se odvlači, kvalitet krečnjaka i koksa) i količine vode koja se koristi za hlađenje i pranje gasa.
5. Voda od hlađenja tehnološke opreme
Vode od hlađenja turbine, greda na rešetkama parnih kotlova, kristalizatora C šećerovine, ležišta pumpi i kompresora za vazduh su čiste i zagrejane vode, koje se posle hlađenja mogu ponovo koristiti u iste svrhe.
6. Voda od pranja filtracionih marama, od suspenzije saturacionog mulja i pranja fabrike
Ova voda spada u grupu jako zagađenih voda. Ona sadrži pre svega rastvorene organske materije (šećer), i njen stepen zagađenosti varira u širokim granicama u zavisnosti od potrošnje vode za navedene svrhe.
V. Recirkulacioni krugovi voda
Resursi sveže vode u industrijskim regionima danas se koriste do te mere intenzivno, da će dalji razvoj industrije u znatnom stepenu zavisiti od mogućnosti snabdevanja vodom novih pogona. Teškoće sa vodosnabdevanjem i otpadnim vodama industrijskih pogona uslovile su neophodnost široke primene industrijskih otpadnih voda kao jednog od osnovnih izvora industrijskog vodosnabdevanja, a takođe i razradu metoda i tehnoloških šema koje obezbeđuju ekonomično prečišćavanje otpadnih voda do stepena koji odgovara kvalitetu industrijske vode za određenu namenu.
Uopšte uzevši, može se reći, da korišćenje prečišćenih otpadnih voda u sistemima industrijskog vodosnabdevanja je jedan od najradikalnijih puteva pri rešavanju racionalnog korišćenja sveže vode u proizvodnji i sprečavanju zagađivanja recipijenata otpadnim materijama iz pogona.
Za racionalno i ekonomično rešenje problema otpadnih voda od osnovnog je značaja smanjenje njene količine i stepena zagađenosti. Imajući u vidu već istaknutu činjenicu, da se smanjenjem potrošnje sveže vode osetno smanjuje i količina otpadne vode, može se zaključiti, da se navedeni uslov za racionalno i ekonomično rešenje problema otpadnih voda može, pre svega, ostvariti smanjenjem potrošnje sveže vode. Smanjenje potrebne količine sveže vode može se ostvariti održavanjem optimalnih uslova za rad svakog potrošača vode, ali je ova mogućnost, u smislu bitnijeg smanjenja potrošnje sveže vode, veoma ograničena. Veće smanjenje potrošnje sveže vode moguće je ostvariti samo ponovnim korišćenjem jednom upotrebljene vode tj. recirkulacijom prečišćene vode. Naime, za pojedine svrhe u fabrici šećera mora se koristiti, kao što je već rečeno, samo sveža voda, dok se na drugim mestima može koristiti, posle određenog tretmana, već jednom upotrebljena voda. Ta okolnost da se ista voda može višestruko koristiti predstavlja osnov za ekonomisanje vodom u fabrikama šećera.
Kod kompleksnih industrija kakva je industrija šećera, kod koje su otpadne vode veoma heterogene kako po vrsti tako i stepenu zagađenosti, recirkulaciju vode nije moguće ostvariti u vidu jednog zatvorenog sistema za sve stanice u fabrici već se to čini u vidu posebnih recirkulacionih krugova za jednu ili grupu stanica.
Broj recirkulacionih krugova u fabrici šećera određuje se uzimanjem u obzir osobenosti i karaktera proizvodnog procesa na određenoj stanici ili grupi stanica, namene vode, zahteva za njenim kvalitetom, temperaturom itd. U vezi sa tim, u fabrici šećera mogu se uspostaviti tri recirkulaciona kruga vodosnabdevanja i to: krug vode od istovara, plavljenja i pranja repe, krug vode od barometarske kondenzacije i krug vode od slabo zagrejanih voda od hlađenja mašina.
1. Recirkulacioni krug vode od istovara, plavljenja i pranja repe
Vode od istovara, plavljenja i pranja repe spadaju u grupu voda sa velikim sadržajem mehaničkih primesa i posle uklanjanja suspendovanih materija iz njih vraćaju se ponovo u proizvodni proces. Zahtevi za kvalitetom vode, koja se ponovo koristi za proizvodne potrebe, u svakom konkretnom slučaju zavise od njene namene i tehnološke opreme. Međutim, u većini slučajeva osnovni uslov je oslobađanje vode od suspendovanih materija.
Repa se u toku kampanje doprema u fabriku s različitim vrstama nečistoća, čiji sadržaj zavisi, pored ostalog, od vrste zemljišta, stepena mehanizovanosti vađenja repe a naročito od klimatskih uslova u toku kampanje. Sadržaj nečistoća u repi normalno se kretao od 10% do 20% ali se s mehanizovanjem vađenja repe povećala količina zemlje i ostalih nečistoća na 15%-40% računato na repu. U sušnom periodu sadržaj zemlje može opasti i ispod 5%, a u periodu jakih i stalnih padavina može da bude i preko 60%.
Pored suspendovanih materija u vodu prelaze rastvorne materije šećerne repe, pre svega šećer i supstance koje sadrže azot. Pri korišćenju hladne vode za istovar, plavljenje i pranje repe pređe oko 0,05% šećera na repu. Znatno veće količine šećera i drugih rastvornih sastojaka prelaze u vodu pri preradi mrazom oštećene repe ili repe koja je bila neadekvatno skladištena. Prema D. Beker-u(Veskeg) (6) gubici pri plavljenje i pranju repe iznose 1% na repu.
Vode od istovara, plavljenja i pranja repe prečišćavaju se mehanički uklanjanjem iz njih nerastvorenih primesa-suspendovanih materija i čestica koje plivaju. Mehanički način prečišćavanja je uopšte u prečišćavanju otpadnih voda prva faza, koja se još naziva primarnim prečišćavanjem. Posle uklanjanja organske čvrste mase (na separatorima za uklanjanje repića i uložaka repe i pulpe na vibracionim sitima) i tretiranja u dekanteru, voda se vraća u proces, a zgusnuti mulj transportuje se na taložna polja. Šema mehaničkog prečišćavanja voda od istovara, plavljenja i pranja repe i njena recirkulacija prikazana je na slici 1.
Opremu, koja se koristi pri mehaničkom prečišćavanju otpadnih voda, čine rešetke, sita, hvatači peska i taložnici.
Rešetke služe za uklanjanje iz otpadnih voda krupnijih primesa, koje bi u slučaju ulaska u uređaje posgrojenja za prečišćavanje voda mogle izazvati poteškoće u njegovoj eksploataciji.
Za uklanjanje repića, ulomaka i pulpe repe koriste se sita, koja se po svojoj konstrukciji dele na stacionarna i pokretna. Kod stacionarnih sita (separator repića i ulomaka repe) element filtracije postavljen je nepokretno, a uklanjanje repića i ulomaka repe ostvaruje se neprekidno pomoću zgrtača. Savremeni separatori repića i ulomaka koriste sita sa uzdužnim procepima, koja su bolja od ranije korišćenih sita sa koničnim otvorima, omogućavaju uklanjanje sitnijih delova uz bolje korišćenje slobodne površine sita.
Slika 1: Šema recirkulacionog kruga voda od istovara; plavljenja i pranja repe 1a − istovar repe za preradu; 16 − istovar repe za skladištenje; 2 − sisgem hvatača trave; 3 − sistem hvatača kamena; 4 − vibraciona pralica repe; 5 − odvajači ulomaka repe iz vode; 6 − separator repića; 7 − odvajač pulpe; 8 − odvajač peska; 9 − taložnik; 10 − rezervoar bistre vode; 11 − rezervoar ugušćenog mulja; 12 − skladištenje repe; 13 − repne pumpe; 14 − odvajači vode od repe; 15 − praonica repe
Izostavljeno iz prikaza
Uklanjanje sitnijih delova repe (pulpe) vrši se pokretnim-vibracionim sitima. Princip rada ovih sita zasniva se na vibraciji sita s malim amplitudama (1-3 mm) i velikom frenkvencijom, koja zavisi od broja obrtaja elektromotora.
Hvatač peska služi za uklanjanje peska iz otpadnih voda, čiji se princip rada zasniva na taloženju čestica. Taloženje pripada grupi sedimentacionih procesa- procesa separacije čvrste i tečne faze pod uticajem gravitacije, pri čemu su čvrste čestice teže od tečnosti.
Brzina taloženja suspendovanih materija zavisi od odnosa težine čestica i sile trenja, kojom se fluid opire kretanju nekog tela kroz njega. Za zrnaste suspendovane čestice zavisnost brzine taloženja od navedenog odnosa izražava se Stoksovim (Stokes) zakonom, prema kome brzina taloženja čestica u datom fluidu zavisi od veličine čestica, njihove gustine i temperature fluida. Veličine i brzina taloženja pojedinih čestica suspendovanih u vodi date su u tablici 7.
| Suspendovane čestice | Veličina čestice, mm | Brzina taloženja, mm/s | Vreme taloženja čestica na dubinu 1 m |
| Pesak: | – | – | – |
| krupan | 1 | 100 | 10 s |
| srednji | 0,5 | 50 | 20 s |
| sitan | 0,1 | 7 | 2,5 min |
| Mulj | 0,05-0,027 | 1,7-0,5 | 10-30 min |
| Sitan mulj | 0,01-0,005 | 0,07-0,017 | 4-18 čas |
| Glina | 0,0027 | 0,005 | 2 dana |
| Fina glina | 0,001-0,0005 | 0,0007-0,00017 | 0,5-2 meseca |
| Koloidne čestice | 0,0002-0,00001 | 0,000007 | 4 god. |
Hvatači peska konstruisani su tako da se za određenu brzinu toka otpadnih voda talože samo teže čestice, a lakše zajedno sa otpadnim vodama odlaze u taložnik.
Uklanjanje preostalih suspendovanih materija vrši se u taložnicima različitih tipova. Najprostiji tip taložnika je zemljani taložnik, koji je napravljen u vidu protočnog rezervoara dimenzionisanog tako da u njega stane sav talog od jedne kampanje.
U ovakvim taložnicima postiže se veliki efekat sniženja sadržaja taložnih materija, no usled dugog boravka u njima, a takođe zbog kontakta sa talogom na dnu, koji fermentira, dolazi do zagađivanja povratne vode, što otežava njenu recirkulaciju. Veličina taložnika mora biti tako dimenzionisana da pored velike količine vode mora biti mesta još i za mulj koji se taloži u njemu. U nedostatke zemljanih taložnika ubrajaju se veliko hemijsko i mikrobiološko zagađenje povratne vode, skupa eksploatacija (neophodnost odvoženja velike količine zemlje posle završetka kampanje) i to, da je za izgradnju taložnika potrebna znatna površina. Bez obzira na to što zemljani taložnici ne odgovaraju savremenoj tehnologiji prečišćavanja otpadnih voda oni imaju i neke prednosti, koje se ogledaju u jednostavnom obsluživanju i sigurnom funkcionisanju čak i pri nedovoljno efikasnom radu uređaja za uklanjanje peska, repića i ulomaka repe i dr.
Za otklanjanje određenih nedostataka ovog najprostijeg tipa taložnika ponuđena su razna rešenja. Jedno od racionalnih rešenja je da se taložnik podeli na više sekcija kao što je to slučaj kod sistema Borzig (Borsig) i Hiršfelder (Hirschfelder).
Oni rade na taj način da se svaka sekcija, kada se napuni otpadnom vodom, isključi, voda se posle taloženja čvrsge faze ispusti, posle čega se zgušnjena muljna suspenzija ispumpa u obezbeđeni depo za mulj.
Danas se za izdvajanje suspendovanih materija iz vode od istovara, plavljenja i pranja repe koriste taložnici (dekanteri) s kontinualnim uklanjanjem taloga tzv. mehanički dekanteri. Uređaji s takvom opremom su racionalni, jer zauzimaju malo mesta i omogućavaju dobijanje visoke stabilnosti povratne vode zahvaljujući njenom kratkom vremenu boravka (oko 1,5 čas) u dekanteru i otsustvu kontakta vode sa izdvojenim talogom, koji se u vidu zgušnjenog mulja kontinualno transportuje na taložna polja. Za efikasno delovanje ovakvih uređaja važno je pravilno odabrati tip dekantera, koji odgovara karakteru taloga. Osim toga, veliki značaj ima detaljno prethodno uklanjanje iz vode lišća, trave, korova, korenčića, ulomaka repe i krupnozrnog peska.
Dekanter tipa ”Aquapura” je pravougaoni horizontalni taložnik s mehaničkim zgrtačem taloga. Ima više bazena koji su tako dimenzionisani da se voda u njima zadržava 90 minuta, dok se mulj zgrće u jame za mulj odakle se pomešan s vodom pumpama prebacuje u depo za mulj. Talog se meša s vodom u odnosu 1:3 do 1:5 u zavisnosti od udaljenosti depoa za mulj. Na slici 2. prikazan je taložnik ”Aquapura”.
Slika 2: Dekanter ”Aquapura” 1 − ulaz; 2 − pregrada; 3 − zgrtač taloga; 4 − pumpa za talog; 5 − zadrživač pene; 6 − izlaz; 7 − bunker za talog
Izostavljeno iz prikaza
Radijalni dekanteri. Dekanteri ovog tipa primenjuju se za prečišćavanje velikih količina otpadnih voda. Oni se grade u vidu plitkih okruglih bazena velikog prečnika. Otpadna voda dovodi se u centralni deo, odakle se razliva po celom bazenu. Iznad bazena se kreće most dužine poluprečnika, koji je snabdeven zgrtačima mulja. Talog sa dna dekantera zgrće se u komoru za mulj, po pravilu pomoću rotirajućih zgrtača, a odatle odvodi se samotokom ili se transportuje pumpama.
Postoje mnoga konstruktivna rešenja za radijalne dekantere. Konstruktivna rešenja mogu se podeliti u dve grupe: sa zgrtanjem taloga u kružni kanal za mulj (Bruckner, VMA, OMO) i sa zgrtanjem taloga u prijemnik za mulj, koji se nalazi u centralnom delu dekantera (Fives-Cail Babcock, Dorr-Oliver). Izgled radijalnog dekantera tipa VMA prikazan je na slici 3, a njegove tehničke karakteristike date su u tablici 8.
| m3/min | 8 | 11 | 14 | 17,5 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 | 55 |
| D2 m | 28 | 32 | 36 | 40 | 44 | 48 | 52 | 56 | 60 | 60 | 68 | 72 |
| D3 m | 32 | 36 | 40 | 44 | 48 | 52 | 56 | 60 | 64 | 68 | 72 | 76 |
| Di m | 12 | 12 | 12 | 16 | 16 | 16 | 20 | 20 | 20 | 24 | 24 | 24 |
| D4 mm | 350 | 350 | 350 | 500 | 500 | 500 | 600 | 600 | 600 | 700 | 700 | 700 |
| D5 mm | 125 | 125 | 125 | 150 | 150 | 150 | 150 | 150 | 150 | 200 | 200 | 200 |
| Broj zgrtača | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
| Obrtaj/čas | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
Slika 3: Radijalni dekanter pšpa VMA 1 − dovod vode za prečišćavanje; 2 − prostor za bistrenje; 3 − kanal za skupljanje mulja; 4 − rezervoar bistre vode; 5 − zgrtači mulja; 6 − pumpa za mulj; 7 − okretni most; 8 − centralni ležaj; 9 − kućica za upravljanje; 10 − skupljači plivajućeg mulja i pene; 11 − pogon mosta; 12 − odvod mulja; 13 − odvod bistre vode; 14 − centralni stub
Izostavljeno iz prikaza
Kod dekantera prve grupe iz muljnog kanala mulj se usisava pumpama, koje su postavljene na pokretnom mostu, i transportuje se na taložna polja. Kod dekantera sa prijemnikom za mulj, zgušnjeni mulj samotokom odlazi u jamu, odakle se pumpama transportuje na taložna polja. Količina otpadne vode, kojom se transportuje zemlja na taložna polja u vidu zgušnjenog mulja sa 20%-30% suve materije, zavisi od količine zemlje koja je zajedno s repom ušla u fabriku. Podaci o količini mulja koja se očekuje dati su u tablici 9.
| Sadržaj vode u mokrom mulju maseni % | Količina mokrog mulja, t | Gustina mokrog mulja | 1001 suve zemlje daje mokrog mulja m3 |
| 35 | 154 | 1,45 | 106,2 |
| 40 | 167 | 1,36 | 122,8 |
| 45 | 182 | 1,32 | 137,5 |
| 50 | 200 | 1,29 | 155,5 |
Bistra voda preliva se u kružni kanal pri vrhu bazena i ponovo se koristi za istovar, plavljenje i pranje repe. Zagađenost organskim materijalima tokom recirkulacija se povećava da bi se posle nekoliko dana uspostavila ravnoteža kod vrednosti VRK5 od oko 4500 mg O2/I. Imajući u vidu i ostale sastojke koji, pored šećera i azotnih komponenata, prelaze iz šećerne repe u vodu od istovara, plavljenja i pranja repe kao i činjenicu da najveći broj mikroorganizama može uzimati hranljive sastojke samo u rastvorenom stanju, može se zaključiti, da voda od istovara, plavljenja i pranja repe u toku recirkulacije postaje veoma pogodna sredina za rast i razmnožavanje mikroorganizama. Zato pod ostalim povoljnim ekološkim uslovima (pH, temperatura) mikrobiološka aktivnost u vodi može biti znatna pri čemu pretežno dolazi do anaerobnih procesa razlaganja uz nastanak crne boje vode i neprijatnog mirisa, koji potiče od H2S.
Zbog toga uklanjanje samo suspendovanih materija često se pokazuje kao nedovoljno nego se moraju preduzeti mere da se broj mikroorganizama u vodi što je moguće više smanji i spreči njihovo razmnožavanje, odnosno njihova biohemijska delatnost. U te svrhe, kao preventivna mera, u praksi se najčešće koristi tretiranje vode krečom do pH 11.
Pokazalo se svrsishodnim da se sa dodavanjem kreča počne još od prvog dana kampanje. Pošto se tada iz ugljenih hidrata još nisu stvorile nikakve kiseline, pH-vrednost od 11 može se postići dodavanjem relativno male količine kreča. Ako tretman krečom usledi kasnije, kada voda već pokazuje veće opterećenje organskim materijama, onda u opsegu pH od 8 do 9 dolazi do jakog penjenja, koje se na pH 10,5 do 11 uglavnom ne može više zapaziti.
Dodavanjem kreča poboljšava se i ubrzava sedimentacija suspendovanih materija, tako da se dobija zaista bistra voda. Osim toga broj mikroorganizama u recirkulacionoj vodi čiji je pH oko 7, koji inače iznosi oko nekoliko stotina miliona do nekoliko milijardi po cm2, smanjuje se na oko 50.000 do 100.000 po cm3.
Kapacitet taložnika može se teorijski izračunati na bazi podataka iz analize suspenzije koja se taloži i primene Stoksovog zakona koji glasi:
Wo = g d2 / 18 Y-yi /n m/s
gde je:
W0 − brzina taloženja, m/s
g − ubrzanje gravitacije, m/s2
d − veličina čvrstih čestica, m
u − gustina čvrste faze, kg/m3
yi − gustina tečne faze, kg/m3
t) − viskozitet tečne faze, Pa.s
U narednim jednačinama za proračun kapaciteta taložnika pojedini simboli pretstavljaju:
Vo − količina tečne faze u suspenziji, t3/čas;
Vl − količina izbistrene tečne faze, t3/čas;
V2 − količina tečne faze u talogu, t3/čas;
ho − koncentracija suspenzije u kg suve materije na 1 kg tečnosti;
H2 − koncentracija taloga u kg suve materije na 1 kg tečnosti;
Fo − površina horizontalnog preseka taložnika, m2;
t − vreme zadržavanja u taložniku, čas.
Ako nema gubitaka tečnosti pri taloženju onda je Vo = Vi + V2. Ako sloj izbistrene tečnosti ima u taložniku visinu h, to kapacitet taložnika za 1 čas u m3 izbistrene tečnosti iznosi:
Vi = Fo h t3/čas (17)
Vreme taloženja t pri zadanoj visini bistrog sloja tečnosti zavisi od brzine taloženja Wo
t= h / 3600 W0 (18)
Ako u jednačinu (17) unesemo izraz za t iz jednačine (18) dobija se:
Vi = F0 h / h: (3600 W0) = 3600 Wo Fo m3/čas (19)
Ova jednačina pokazuje da kapacitet taložnika ne zavisi od njegove visine, već da on zavisi samo od brzine taloženja i površine preseka taložnika.
Da bi se dobila količina izbistrene tečnosti Vi t3/čas, potrebna površina preseka taložnika, pri zadanoj koncentraciji ho i hg, izračunava se iz jednačine (19) unoseći u nju izraz Vi = Vo − V2
Fo = V0 − V2 / 3600 W0 m2 (20)
Ako nema gubitaka, količina suve supstance koju sadrži suspenzija pre taloženja ostaje ista i posle taloženja, i nalazi se u talogu u zgušnjenoj suspenziji. Ovo se može izraziti jednačinom:
VOY1XO = V2 YI x1 ili V2 = Vo x0/x1
Zamenom V2 u izrazu za FQ dobijamo konačnu konačnu jednačinu:
F0 = V0 x2-x0 / 3600 W0x2 m2 (21)
Ova se jednačina može primeniti kod proračuna taložnika gde se suspenzija u taložnik uvodi kontinualno a isto tako se i izbistrena tečnost kontinualno odvodi iz taložnika, dok se sam talog može odvoditi bilo kontinualno bilo periodično.
2. Recirkulacioni krug vode barometarske kondenzacije
Barometarske vode posle hlađenja bez naročitih poteškoća mogu se koristiti povratno. Nјihova količina iznosi 500% do 600% na repu. Uključivanje ovih voda u recirkulaciju znatno utiče na smanjenje potrošnje sveže vode u fabrikama šećera.
Posle hlađenja u rashladnom tornju ili rasprskivanjem pomoću mlaznica, voda se vraća u barometarske kondenzatore gde se koristi za hlađenje i kondenzaciju sekundarnih para. Na slici 4 prikazana je šema recirkulacionog kruga vode barometarske kondenzacije.
rezervoar ohlađene vode t=25°C
↓
sekundarna para
↓
predkondenzator
↓
kondenzator
↓
rezervoar tople vode t=45°C
↓
toranj za hlađenje
↓
rezervoar ohlađene vode t=25°C
Slika 4: Šema recirkulacionog kruga vode barometarske kondenzacije
Izostavljeno iz prikaza
Stepen zagađenja barometarskih voda koje recirkulišu zavisi od toga koliko je zatvoren krug povratne vode (povratno korišćenje ukupne ili samo dela vode), a takođe i od efikasnosti rada uređaja za hvatanje kapljica sirupa iz vakuum-aparata, koje zajedno sa sekundarnim parama ulaze u barometarske kondenzatore. Dospevanje šećera u povratnu vodu znatno povećava stepen njenog zagađenja. U takvim slučajevima izvodi se određena količina vode iz recirkulacionog kruga ili se zamenjuje sva voda čistom vodom. Voda barometarske kondenzacije, pri ispravnom funkcionisanju i dobro dimenzionisanim hvatačima kapljica, sadrži pretežno amonijak zbog čega je alkalna i obično ima pH između 8 i 9.
Gubitak vode u ovom recirkulacionom krugu usled isparavanja u okolinu nadoknađuje se stalnim dolaskom i kondenzovanjem sekundarnih para u barometarskim kondenzatorima. Često se jedan deo vode iz ovog recirkulacionog kruga koristi za druge svrhe, na primer, za dopunu vode u recirkulacionom krugu od isgovara, plavljenja i pranja repe kako bi se nadoknadio deficit koji nastaje zbog toga što se deo vode iz dekantera koristi za transport zgušnjenog mulja na taložna polja. Isto tako, voda barometarske kondenzacije često se koristi kao sveža voda za dobijanje difuzionog soka. Ako se ove količine vode, uzetih iz recirkulacionog kruga vode barometarske kondenzacije, zamenjuju hladnom svežom vodom onda se na taj način može postići dodatno hlađenje barometarske vode.
Gubitak vode isparavanjem može se približno izračunati pomoću izraza:
mi.v / mb.v = delta t c M / t (22)
gde je:
mi.v / mb.v = odnos masa isparene vode i barometarske vode,
delta t(°C) = razlika temperatura tople i ohlađene vode, c(kJ/kg°C) = specifični toplotni kapacitet,
M(kg/mol) = molekulska masa vode,
r(kJ/mol) = molarna toplota isparavanja vode.
Ako se, na primer, pri prolasku vode kroz tornjeve za hlađenje ostvari hlađenje vode od 15°C onda se gubitak vode usled isparavanja prema gornjoj formuli (22), može izračunati na sledeći način:
t = 15°C
r = oko 418600 kJ/mol
c = 4,186 kJ/kg°C
M = 18
15 4,186 18 / 418600 = 0,027 = 2,7%
Pošto je uglavnom potrebno da se ohladi 500% do 600% tople barometarske vode računato na repu, to se u ovom slučaju dobija da je gubitak vode isparavanjem 13,5% do 16,2% na repu. U svakom slučaju hlađenje se ne ostvaruje samo preko toplote isparavanja već se temperatura vode snižava takođe i odvođenjem toplote, tako da je gore izračunata vrednost manja. S druge strane, gubitak vode povećava se tako što struja vazduha odnosi paru u talasima, pri čemu dolazi do gubitka vode, pa se, približno, za recirkulacioni krug barometarske vode može uzeti da je gubitak vode oko 1% na repu po stepenu hlađenja.
3. Recirkulacioni krug vode od hlađenja mašina i opreme
Voda, koja se koristi za hlađenje, ne treba da sadrži suspendovane materije koje se talože na površini hlađenja, otežavaju razmenu toplote i stvaraju otpor proticanju vode. S hemijske tačke gledišta voda za hlađenje treba da bude stabilna, tj. da ne poseduje sklonost ka izdvajanju ili rastvaranju taloga kalcijum-karbonata.
Sveža voda obično ima mnogo veću trvdoću od one vode koja se može koristiti za hlađenje mašina. Za hlađenje mašina koristi se dekarbonizovana voda čija karbonatna tvrdoća u proseku iznosi 2,8°dH a pH = 8,5-9.
Turbina i generator se hlade direktno vodom iz postrojenja za dekarbonizaciju vode. Voda od hlađenja turbine i generatora skuplja se zajedno sa ostalom čistom vodom iz kruga voda za hlađenje mašina i opreme i odvodi se u bazen tople vode odakle se pumpom prebacuje na mikrohladnjake, gde se hladi, a zatim odvodi u rezervoar ohlađene vode. Ohlađena voda koristi se za hlađenje pumpi, kompresora za vazduh, S-šećerovine, kompresora SO2, vakuum-pumpi kao i za zaptivanje pumpi.
Pošto se voda pri korišćenju za hlađenje S02-kompresora, vakuum-pumpi i za zaptivanje pumpi delimično zagadi, ne vraća se u recirkulacioni krug već se iz njega izvodi, kao što je to prikazana na slici 5. Deficit vode koji je nastao usled izvođenja iz recirkulacionog kruga vode od hlađenja napred navedene opreme, nadoknađuje se dekarbonizovanom vodom. Prema tome, recirkulacioni krug obrazuju vode od hlađenja turbine, generatora, kompresora za vazduh, pumpi i C-šećerovine.
Sva tri recirkulaciona kruga vode su tako međusobno povezana, da voda sa manjim stepenom zagađenosti može da se odvede u recirkulacione krugove voda koje nemaju tako oštre zahteve u pogledu kvaliteta vode. Tako, voda iz recirkulacionog kruga od hlađenja mašina i opreme koja se prelije, odvodi se u krug barometarske vode. Recirkulacioni krug vode barometarske kondenzacije reguliše se odvođenjem suvišne vode u recirkulacioni krug voda od istovara, plavljenja i hidrauličkog transporta repe.
4. Pokazatelji stepena zagađenosti otpadnih voda
Odlučujuću ulogu pri izboru optimalnog režima rada postrojenja za biohemijsko prečišćavanje igra stepen zagađenosti voda organskim jedinjenjima. Organske primese otpadnih voda zbog svoje raznolikosti, složenosti i zametne analize neposredno se ne određuju. Za meru stepena zagađenosti vode organskim jedinjenjima primenjuju se indirektni pokazatelji : hemijska potrošnja kiseonika (NRK) i biohemijska potrošnja kiseonika (VRK).
Hemijska potrošnja kiseonika (NRK) predstavlja količinu kiseonika u mg, koja se utroši za hemijsku oksidaciju materija sadržanih u 1 litru vode. U zavisnosti od primenjenog oksidacionog sredstva i potpunosti oksidacije organskih materija razlikuje se permanganometrijska i dihromatna hemijska potrošnja kiseonika (NRK).
Permanganometrijska NRK karakteriše organske primese vode koje se lako oksidišu i obično se koristi pri analizi prirodnih voda. Oksidacija se vrši kali- jum-permanganatom u kiseloj sredini pri koncentraciji hlorida do 300 mg/l. Ako je hlorida više, oksidacija se onda izvodu u baznoj sredini.
ohlađena voda t=25°C
↓
sveža voda
↓
dekarbonizacija
↓
u krug barom.vode vakum pumpe
↓
u proces zaptivanje pumpi
↓
kompresori CO2 gasa
↓
u krug vode od istovara plavljenja i pranje repe
↕
mikrohladnjaci
↓
hlađenje generatora
↓
hlađenje turbine
↓
hlađenje pumpi i vazdušnih kompresora
↓
bazen za vodu
↓
S šećerovina
Slika 5: Šema recirkulacionog kruga vode od hlađenja mašina i opreme
Izostavljeno iz prikaza
Mnogo energičnija oksidacija organskih primesa ostvaruje se kalijum-dihromatom u prisustvu koncentrovane sumporne kiseline. Kao katalizator pri oksidaciji supstanci koje se teško oksidišu primenjuje se srebro-sulfat. Pri dejstvu kalijum-dihromata u jako kiseloj sredini praktično dolazi do potpune oksidacije rastvornih, koloidnih i nerastvornih organskih primesa. Konačni produkti oksidacije su CO2, NH3, H2O, fosfati i sulfati. I u ovim uslovima mali deo organskih materija ostaje potpuno ili delimično neoksidisan. Stepen oksidacije organskih materija obično iznosi 95%-98%. Na osnovu vrednosti NRK može se izračunati, znajući sastav organskih jedinjenja, njihov sadržaj u vodi. I obrnuto, veličina NRK može se izračunati za određeno jedinjenje, koristeći jednačinu reakcije njegove oksidacije. Teorijska vrednost NRK obično je veća od određene analizom. Praktično pri određivanju NRK ne oksidišu se piridin i neka druga organska jedinjenja koja sadrže azot, a takođe i teško rastvorljivi ugljovodonici (benzol, naftalin, parafini).
Teorijska ili izračunata NRK organskog jedinjenja CxHyOzN jednaka je:
HPK = (x + y/4 − z/2 − 3/4) 32 / 12x + 12y + 16z + 14 mg 02/mg supstance.
Na primer, teorijska HPK toluola C6H5CH3 je:
C6H5CH3 + 9O2 = 7CO2 + 4H2O;
HPK C6H5CH3 = 9 32 / 12 7 + 1 8 = 3,14 mg 02/mg.
Eksperimentalno određena NRK toluola iznosi 1,86 mg 02/mg. Razlika između teorijske i eksperimentalno određene NRK objašnjava se time, što se u uslovima određivanja benzolov prsten ne razara potpuno.
Stepen zagađenosti otpadnih voda izražava se takođe količinom kiseonika, neophodnom za oksidaciju organskih materija mikroorganizmima u aerobnim uslovima. Ovaj pokazatelj naziva se biohemijska potrošnja kiseonika (VRK). Biohemijska potrošnja kiseonika je količina kiseonika u mg na litar, koja se utroši za biohemijsku oksidaciju organskih materija u vodi. Kod pokazatelja VRK uvek se ukazuje posle koliko dana inkubacije je izvršeno određivanje. U praksi najčešće se koristi petodnevna potrošnja kiseonika (VRK5), koja za veliki deo sanitarnih i industrijskih otpadnih voda čini 70%-80% od pune vrednosti VRK. Praktično punom biohemijskom potrošnjom kiseonika smatra se količina kiseonika, koja je neophodna za oksidaciju organskih materija do početka procesa nitrifikacije (BPKpuna)- Naime, količina kiseonika, koja se utroši za oksidaciju azota amonijaka do nitrata (nitrifikacija), pri određivanju VRK ne uzima se u obzir. Veličina BPKpuNa značajna je zato, jer praktično u potpunosti odgovara potrošnji kiseonika u postrojenju za prečišćavanje otpadnih voda.
Znatan broj bakterija, aerobnih i fakultativno anaerobnih, ostaju u životu na račun korišćenja zagađenih otpadnih voda kao izvora hrane. Pri tome, deo iskorišćenih organskih materija koriste ćelije za energetske potrebe, a drugi deo za sintezu biomase. Deo materija utrošen za energetske potrebe ćelija (energija kretanja, rasta, razmnožavanja itd) oksidiše se do kraja tj. do CO2, H2O, NH3. Produkti oksidacije-metaboliti- odlaze iz ćelija u spoljnu sredinu. Reakcija sinteze biomase ide takođe uz učešće kiseonika. Količina kiseonika, potrebna mikroorganizmima za ceo ciklus reakcija za dobijanje energije i sintezu biomase, i jeste VRK.
Kao rezultat metabolizma bakterija otpadna voda prečišćava se od organskih primesa, međutim u njoj ostaju neke organske supstance, koje bakterije ne mogu da asimiluju i, osim toga, voda dobija nova zagađenja organske i neorganske metabolite.
Postoji nekoliko načina analitičkog određivanja VRK: metod razblaživanja, nitritni, hloratni itd. U praksi se češće od svih koristi metod razblaživanja. Otpadna voda se pomeša sa n delova vode, zatim se zasiti kiseonikom i razlije u bočice koje se hermetički zatvore. Bočice se ostave u termostatu na temperaturi 20° S u toku pet dana ili više. Za račun organskih materija otpadnih voda razmnožavaju se mikroorganizmi za šta se troši rastvoreni kiseonik. Veličina smanjenja sadržaja kiseonika u bočicama pomnožena razblaženjem daje brojnu vrednost VRK.
Određivanje BPK smatra se ispravnim, ako na kraju inkubacionog perioda u bočicama ostane od 3 do 5 mg 02/1.
Brzinu oksidacije organskih materija određuje njihova struktura i karakter procesa. Pošto se oksidacija organskih materija vrši pod uticajem mikroorganizama, neophodno je stvoriti povoljne uslove za njihov metabolizam. Ti uslovi su određena sredina, optimalna temperatura (20°C), odsustvo toksičnih i baktericidnih jedinjenja, prisustvo bpogenih materija.
Ako označimo sve organske supstance otpadnih voda sa CxHyOzN, onda reakcije biološke oksidacije možemo predstaviti u vidu šeme, koja pokazuje početak i kraj reakcije:
CxHyOzN + (h+ y/4 − z/4 − 3/4) O2 → enzimi xCO2 + ( y-3/2 ) H2O + NH3 + energija [1]
CxHyOzN + NH3 + O2 → enzimi C5H7NO2 + CO2 + energija; [2]
C5H7NO2 + 5O2 enzimi → 5SO2 + NH3 + 2N2O + energija; [3]
NH3 + O2 enzimi → HNO2 + O2 enzimi HNO3 [4]
gde je C5H7NO2 − srednji odnos elemenata u ćelijskoj supstanci bakterija.
Prve dve reakcije u šemi predstavljaju biohemijski proces čišćenja otpadnih voda od polaznih zagađenja (sastava CxHyOzN). Preko prve reakcije oksidacije ćelije se snabdevaju energijom, a druga reakcija predstavlja sintezu ćelijske supstance C5H7NO2. Potrošnja kiseonika za te dve reakcije je puna biohemijska potrošnja kiseonika (BPK puna).
Ako proces ide dalje, to će posle iskorišćenja polaznih organskih materija početi proces oksidacije ćelijske supstance bakterija po tipu reakcije [3], koja po smislu odgovara reakciji [1], Od ukupnog broja različitih bakterija u ovom periodu preživeće one, koje mogu dobiti energiju za račun oksidacije ćelijske supstance drugih vrsta bakterija.
Reakcije [1] − [3] izvode se pomoću heterotrofnih kultura. Kada je voda praktično očišćena, tada nastaju povoljni uslovi za razvitak autotrofnih kultura (u prisustvu dovoljne količine rastvorenog kiseonika). U otpadnim vodama razvijaju se autotrofne bakterije (nitrifikatori), koje oksidišu azot amonijumovih soli do nitrita a zatim do nitrata [reakcija 4], Posle potpunog iskorišćenja rastvorenog kiseonika oksidacija organskih materija može se obavljati za račun redukcije nitrata i nitrita.
Oba parametra i NRK i VRK indirektno određuju opterećenje otpadnih voda organskim materijama. Razliku između NRK i VRK uslovljava prisustvo primesa koje se neoksidišu biohemijskim putem i količine organskih materija, koje učestvuju u izgradnji ćelija mikroorganizama.
Za otpadne vode, koje nastaju nakon upotrebe vode za životne potrebe ljudi BPKpuna čini 85%-90% NRK. Na osnovu vrednosti BPKpuna/NRK može se suditi o mogućnosti primene određene metode prečišćavanja otpadnih voda. Ako je odnos BPK/NRK > 0,5, to ukazuje na mogućnost primene biološkog prečišćavanja otpadnih voda; pri odnosu BPK/NRK < 0,5 primena biološkog postupka bila bi neefikasna, pošto voda sadrži znatne količine materija koje su biološki neoksidabilne. Budući da se u procesu biohemijske oksidacije u otpadnim vodama smanjuje koncentracija biološki oksidabilnih materija, to se odnos VRK/NRK smanjuje.
Ako je količina biohemijski iskorišćenog kiseonika dovoljna za oksidaciju organskih materija, takve vode nazivaju se stabilnim. Stabilnost otpadnih voda
BPKt = BPKpuna (1 − 10-kt) (23)
gde je k − konstanta brzine reakcije, dan-1; t − vreme inkubacije, dan.
Jednačina (23) može se napisati :
k = 1/t log BPKpuna / BPKpuna- BPKt (24)
t = 1/k log BPKpuna / BPKpuna − BPKt (25)
Odredimo iz jednačine (25) vreme kada je dostignuta puna biohemijska potrošnja kiseonika tj. kada je
BPKt = BPKpuna (26)
tada je:
t= 1/k log BPKpuna/0 → beskonačno (27)
Na taj način, polazeći od jednačine (23) nemoguće je dobiti BPK puna za neko određeno vreme, što protivreči eksperimentalnim podacima i posledica je nedovoljno tačnog matematičkog opisivanja procesa.
Za praktično korišćenje jednačina (23) − (25) uvodi se ograničenje, po kome se za BPKpuna uzima 99% njegove vrednosti. Za vreme BPKPuna uzima se vreme u toku koga se proces završio sa 99%.
Vreme dostizanja BPKpuna funkcija je konstante brzine procesa oksidacije; zavisnost je obrnuto proporcionalna i ima vid hiperbole. Eksperimentalno je pokazano da k zavisi od prirode supstanci koje se oksidišu: za gradske otpadne vode ona, po pravilu, kreće se od 0,15 do 0,25 dan-1, a za biološki prečišćene vode od 0,08 do 0,12 dan-1. Kako zavisi vreme dostizanja BPKpuna od vrednosti konstante k pokazuje tablica 10.
| k, dan-1 | 0,05 | 0,10 | 0,15 | 0,20 | 0,25 | 0,30 | 0,40 |
| Vreme dostizanja BPKpuna, dan | 40 | 20 | 13,3 | 10 | 8 | 6,7 | 5 |
U praksi prečišćavanja otpadnih voda veoma čvrsto ukorenila se netačna predstava o tome da je BPKpuna uvek jednaka BPKto. Iz tablice 10 može se videti da je to tačno samo u jednom posebnom slučaju − pri k = 0,1 dan-1.
Ako je karakter otpadnih voda detaljno ispitan i ako je vrednost konstante k poznata iz eksperimentalnih ispitivanja, može se izračunati koeficijent za preračunavanje BPK5 u BPKpuna:
K = BPKpuna / BPK5 = 1 / 1-10-5k (30)
Ako se uzme za gradske otpadne vode da veličina k iznosi 0,17, a za prečišćene otpadne vode 0,08, onda će koeficijent K biti:
Za gradske otpadne vode:
K = 1 / 1-10-5 0,17 = 1,16;
Za prečišćene otpadne vode:
K = 1 / 1-10-5 0,08 = 1,67;
G. Prečišćavanјe otpadnih voda
Osnovni cilj prečišćavanja svake otpadne vode je njeno što potpunije oslobađanje od neželjenih zagađenja. Ovaj cilj ostvaruje se primenom jednog ili više osnovnih procesa obrade, čija priroda može da bude fizička, hemijska i biološka.
Otpadne vode industrije šećera su, kao što je već istaknuto, veoma heterogene po vrsti, stepenu zagađenosti i nameni pa se ne mogu na jednoobrazan način tretirati. Zbog toga se u ovoj industriji za uklanjanje zagađenja koriste, u zavisnosti od vrste otpadne vode i njene buduće namene, mehaničke, termičke, hemijske, fizičko-hemijske i biološke metode ili kombinacija ovih metoda. Tako, na primer, voda barometarske kondenzacije i voda od hlađenja mašina i opreme samo se toplotno obrađuju tj. hlade i ponovo koriste u iste svrhe, dok se za tretman otpadnih voda od istovara, plavljenja i pranja repe koristi kombinacija navedenih metoda.
Uopšte uzevši, postupak za potpuno prečišćavanje otpadnih voda predstavlja skup različitih metoda, koje omogućavaju potpuno prečišćavanje otpadnih voda od različitih primesa. Prva faza u postupku prečišćavanja voda je uklanjanje iz njih nerastvornih primesa-suspendovanih materija i čestica koje plivaju. To je primarna ili mehanička faza. Drugi deo otpadnih materija koje se mehanički ne mogu odvojiti jer se nalaze u rastvorenom i koloidno dispergovanom stanju uklanjaju se u drugoj fazi koja se zove sekundarna ili biološka. Biološki postupci su vrlo pogodni za obradu voda industrije šećera, jer te vode sadrže prirodna biološki razgradljiva organska jedinjenja.
1. Samoprečišćavanje vodoprijemnika
U prirodnim recipijentima, koji se nalaze dalje od naseljenih mesta, razvijaju se tipični za mesne uslove biljni i životinjski organizmi: bakterije, gljivice, alge, niže i više biljke i životinje. Ovi organizmi obrazuju zajednice, koje se nalaze u određenoj biološkoj ravnoteži, svojstvenoj za dati klimatski pojas i ekološke uslove.
Ispuštanjem otpadne vode u recipijente dolazi do njihovog zagađivanja koje se ispoljava u narušavanju životnih funkcija vodenih organizama i promeni svojstava vode. Otpadne vode, koje dospevaju u recipijente, doprinose povećanju mutnoće vode, promeni njenog hemijskog sastava, pH, smanjenju sadržaja rastvorenog kiseonika, sniženju oksido-redukcionog potencijala, brzom povećavanju broja mikroorganizama, među kojima može biti i patogenih. Narušavanje normalnog režima vode pre svega ispoljava se u znatnom smanjenju sadržaja rastvorenog kiseonika.
Pod dejstvom fizičkih (razblaživanje, taloženje grubo dispergovanih primesa), fizičko-hemijskih (koagulacija koloida) hemijskih (hidroliza, oksido-redukcioni procesi) i bioloških procesa svojstva vode u recipijentima ponovo se poboljšavaju tj. dolazi do njihovog samoprečišćavanja. U procesu samoprečišćavanja od organskih materija osnovna uloga pripada biološkim faktorima. Biološke promene okolne sredine u kojoj se mikroorganizmi razvijaju mogu da nastanu na razne načine. Pre svega, ove promene mogu nastati uzimanjem rastvorljivih jedinjenja iz okolne sredine u toku ishrane mikroorganizama, zatim izdvajanjem novih jedinjenja iz ćelija mikroorganizama u okolnu sredinu, i najzad, transformacijom organskih jedinjenja okolne sredine enzimima koji su izlučeni iz žive ćelije, odnosno koji su izdvojeni iz mrtvih ćelija posle njihove autolize. Po pravilu, svi ovi načini promene okolne sredine mikroorganizmima zastupljeni su u prirodi i one se više manje istovremeno dešavaju i u tesnoj međusobnoj vezi omogućavaju biohemijske procese razmene materije između mikroorganizama i okolne sredine.
Mehanizmi i hemizmi procesa razmene materija su veoma složeni i dele se na tzv. procese sinteze i procese razlaganja. U procesima sinteze troši se energija, a u procesima razlaganja oslobađa se energija.
Procesi razlaganja jedinjenja velike molekulske mase najčešće se odvijaju po tipu hidrolize. Hidrolitička razlaganja vrše se po pravilu van ćelija mikroorganizama u okolnoj sredini i ovim putem mikroorganizmi dolaze do jedinjenja prostije građe i molekula malih molekulskih masa, koja su u vodi rastvorna i mogu se kroz ćelijsku membranu uneti u protoplazmu.
Za promenu okolne sredine od najvećeg su značaja biohemijske reakcije u ćelijama pri kojima se raskida ugljenikov lanac prostijih organskih ugljenikovih jedinjenja uglavnom šećera u procesima biološke oksidacije. Danas pojam biološke oksidacije uključuje u sebe sveukupnost oksido-redukcionih reakcija, koje protiču s učešćem enzima. U zavisnosti od pravca izvođenja tih reakcija nastaju i različiti tipovi disanja.
Pri biološkoj oksidaciji teku oksido-redukcione reakcije koje se sprovode oduzimanjem atoma vodonika od jednih jedinjenja (donatora) i predaju ga drugim (akceptorima), ili reakcija, koje su povezane s prenosom elektrona od donatora na akceptore. Ove reakcije katalizuju enzimi, koji pripadaju oksidoreduktazama. Procesi disanja, u kojima se kao akceptor vodonika ili elektrona javlja molekulski kiseonik, nazivaju se aerobnim. Ukoliko su akceptori druga neorganska ili organska jedinjenja, takav tip disanja naziva se anaerobnim.
Pri ispuštanju u reke i jezera male količine otpadnih voda one se razblažuju u tolikoj meri da oksidacioni procesi na organskim materijama, koje su te vode nosile, ne utiču bitno na potrošnju kiseonika koji se nalazi u prirodnim vodotokovima, pa ni na normalnu mikro i makro floru i faunu tih vodotokova. Međutim, velika količina ili veliko organsko opterećenje otpadnih voda može da premaši asimilacioni kapacitet prirodnih vodotokova, kada više nisu mogući normalni procesi aerobne razgradnje.
Sposobnost recipijenata da prihvate određenu količinu otpadnih voda zavisi od njihovih hidrodinamičkih i biohemijskih karakteristika i uslova pod kojima se otpadne vode uvode u njih, naime, ovi su uslovi različiti u otvorenim tokovima, prirodnim ili veštačkim jezerima i u moru. Kod protočnih voda samoprečišćavanje ostvaruje se brže nego kod neprotočnih. To je povezano sa boljom aeracijom i bržom okisdacijom organskih materija.
Svojstvo samoprečišćavanja prirodnih voda može se povećati raznim postupcima, kao što su: povećanje protoka, zaštita od erozije, povećano rastvaranje kiseonika pomoću kaskada ili njegovim veštačkim ubacivanjem, razvojem organizama za razgradnju organskih materija itd. Najvažniji uslov, neophodan da biološki ili biohemijski procesi u vodi protiču pravilno i omogućuju samoprečišćavanje vode, je prisustvo u njoj rastvorenog kiseonika. Ako je sadržaj kiseonika dovoljan za biološku konverziju organskog zagađenja, proces samoprečišćavanja vode protiče kontinualno. Međutim, ako je sadržaj kiseonika u vodi nedovoljan, može nastupiti potpuno iscrpljenje njegovih zaliha. Aerobna sredina, koja je karakteristična za zdrave čiste vode, prelazi u anaerobnu. U tim uslovima viši organizmi, za koje je prisustvo kiseonika neophodan uslov postojanja, uginu i umesto aerobne bakterijske populacije razvija se anaerobna. Organska jedinjenja umesto oksidaciji podvrgavaju se anaerobnom razlaganju uz izdvajanje neprijatnog mirisa i jedinjenja kao što su: H2S, SO2, SN4, koja predstavljaju sekundarno zagađenje vode.
S porastom sadržaja organskih materija u vodama dolazi do intenzivnog razvoja mikroflore. Na brzinu njenog razmnožavanja jako utiče i temperatura. Pri temperaturi vode od 10°C najveći broj bakterija obično se zapaža posle 50 časova, a pri 20°C posle 24 časa.
Mala rastvorljivost kiseonika je glavni faktor koji ograničava kapacitet samoprečišćavanja prirodnih voda. Rastvorljivost atmosferskog kiseonika kreće se od 14,6 mg/l na 0°C do oko 7 mg/l na 35°C. S povišenjem temperature brzina biohemijskih procesa raste, što dovodi do bržeg iscrpljivanja kiseonika iz vode. To može da dovede do ozbiljnog ugrožavanja vodotokova ako se u njih ulije veća količina otpadnih voda u letnjem periodu. Unošenje jedne te iste količine zagađenja izaziva u letnjem periodu brže iscrpljivanje rastvorenog kiseonika nego u zimskom periodu. Zato su više temperature vode, pri kojima je kiseonik najmanje rastvoran, od posebnog značaja. Većina kritičnih situacija u vezi sa deficitom rastvorenog kiseonika, u sanitarno-inženjerskoj praksi, događa se u letnjim mesecima. Iz ovih razloga uobičajeno je da se koncentracija kiseonika od oko 8 mg/l smatra maksimalno raspoloživom pod takvim kritičnim uslovima.
U procesima samoprečišćavanja voda osobito važnu ulogu igraju alge i vodene biljke. One pri sunčevoj svetlosgi asimiluju CO2 i ispuštaju kiseonik i predstavljaju na taj način dopunski izvor kiseonika, stvarajući pogodnu sredinu za aerobne bakterije koje oksidišu organske materije.
2. Biološka obrada otpadnih voda
Otpadne vode, koje izlaze iz fabrike šećera i koje su oslobođene suspendovanih materija, prečišćavaju se isključivo biološkim putem. Takav način prečišćavanja uslovljen je karakterom zagađenja, koje predstavlja dobru sredinu za razvoj mikroorganizama.
Biološko prečišćavanje otpadnih voda je efikasan način sprečavanja zagađivanja vodoprijemnika biohemijski razgradljivim organskim materijama. Nјegova suština sastoji se u razlaganju organskih materija, koje se nalaze u otpadnim vodama, i rezultat je metabolizma mikroorganizama. Sposobnosg mikroorganizama da koriste jedinjenja raznog hemijskog sastava i velika moć adaptacije na izmenjene uslove spoljne sredine omogućavaju prečišćavanje otpadnih voda od organskih jedinjenja.
Savremeni postupci za biološki tretman otpadnih voda sve više se približavaju poznatim industrijskim mikrobnim procesima u kojima se proizvodi mikrobna biomasa ili transformiše odabrani supstrat u određene proizvode.
U takvim procesima posvećuje se pažnja vrsti i koncentraciji mikroorganizama, načinu tretmana inokuluma, sastavu hranljivih supstrata, faktorima koji ograničavaju rast i ostalim parametrima kao što su temperatura, pH, koncentracija rastvorenog kiseonika i dr.
Dok se u industrijskim mikrobnim procesima daje prednost čistim kulturama mikroorganizama, jer ih je lakše kontrolisati, u obradi otpadnih voda preovlađuju mešovite kulture. S obzirom na raznolik i često neujednačen sastav otpadnih voda, mešovite kulture su stabilnije. One se međusobno nadopunjuju u metabolizmu, detoksikaciji štetnih sastojaka, sintezi faktora rasta i slično. To su obično vrste mikroorganizama kojima otpadne vode služe kao prirodna staništa, pa se iz njih mogu izolovati. Odnos pojedinih vrsta u mešovitoj populaciji zavisi od specifične brzine rasta svake pojedine vrste. S obzirom na velike količine otpadnih voda i relativno male volumene modernih reaktora proces treba voditi kontinualno. Poznavanje maksimalnih specifičnih brzina rasta svih članova mešovite kulture pri tome je neobično važno jer od toga zavisi protok, tj. vreme zadržavanja otpadnih voda u reaktoru. Specifična brzina rasta je karakteristična za određeni mikroorganizam a zavisi od naslednih osobina i od niza parametara: vrste i koncentracije izvora ugljenika, azota i fosfora, supstanci tzv. faktora rasta, količine kiseonika, početne koncentracije ćelija, temperature, pH itd. Sastav mešovite kulture kao i brzina transformacije organskih materija pomoću mikroorganizama mogu se unapred odabrati, odrediti i kontrolisati. Značajna regulacija rasta postiže se izborom koncentracije izvora ugljenika, azota i fosfora.
Naime, osnovni elementi iz kojih se sastoji mikrobna biomasa su: ugljenik, vodonik, kiseonik, azot i fosfor. Pošto su vodonik i kiseonik obično prisutni u sistemu u dovoljnim količinama glavna pažnja posvećuje se raspoloživim količinama ugljenika, azota i fosfora koje su neophodne za proizvodnju biomase. Procesi uklanjanja organskog, a i dela neorganskog zagađenja, dešavaju se u ćelijama mikroorganizama tako što ćelije koriste zagađenje kao hranu preuzimajući ga iz otpadne vode a zatim ga transformišu u nove produkte. Organski ugljenik potreban je bakterijama i drugim mikroorganizmima pri njihovom razvoju iz dva razloga. On predstavlja izvor energije, odnosno njegovom oksidacijom do SOg oslobađa se energija koja se može biohemijski iskoristiti ili deponovati. Na taj način hemijska energija, koja je bila sadržana u molekulu organske materije, može biti iskorišćena za razvoj, reprodukciju i druge aktivnosti mikroorganizama koje zahtevaju energiju. S druge strane organski molekuli ili njihovi delovi koriste se kao osnovni elementi pri sintezi biomase.
Sigurno da su za razvoj mikroorganizama potrebni i drugi elementi, ali te potrebe su u tako malim količinama da obično nisu limitirajući faktor. Relativne potrebne količine ugljenika, azota i fosfora određene su tzv. zakonom minimuma, prema kome će u svakoj sredini neka komponenta ili kombinacija njenih komponenata kontrolisati rad i razvoj živih organizama. Kako se, međutim, stanje životne sredine menja tako se menja i ovaj faktor kontrole rasta i razvoja. Prema tome, kada se pri biološkoj obradi otpadnih voda iz njih uklanja višak organskog ugljenika njegova koncentracija će biti istovremeno i ograničavajući parametar. Ukoliko bi razvoj mikroorganizama bio kontrolisan sadržajem fosfora ili azota bilo bi nemoguće smanjiti sadržaj ugljenika ispod onog koji je određen sadržajem jednog ili drugog kontrolišućeg elementa zavisno od toga koji je od njih limitirajući faktor. Odnos C:N:P u biomasi, u mikroorganizmima je približno 50:7:1. Ako je, na primer, odnos C:N u otpadnoj vodi veći od 50:7, recima 100:7, onda će razvoj mikroorganizama biti ograničen sadržajem azota što će u ovom slučaju rezultirati u stepenu uklanjanja ugljenika od samo 5o%. Slična situacija bi nastala i kada bi odnos S:R bio veći od 50:1. Ovo je osnovni razlog da se nekim industrijskim otpadnim vodama moraju dodavati azot i fosfor pre njihove biološke obrade.
3. Postupci biološke obrade otpadnih voda
Razlaganje organskih materija u procesu biološkog prečišćavanja može se ostvariti u aerobnim i anaerobnim uslovima. Zavisno od toga da li se razlaganje organskih materija obavlja u prisustvu ili odsustvu kiseonika, biološki postupi obrade otpadnih voda dele se na dve grupe:
- aerobni postupci biološke obrade
- anaerobni postupci biološke obrade
Mikroorganizmi mogu postojati samo uzajamno delujući sa spoljnom sredinom iz koje dobijaju neophodne hranljive materije i u koju izlučuju produkte metabolizma.
Kod raznih vrsta mikroorganizama postoje razni putevi hemizma bioloških oksidacija pri čemu može doći do potpune mineralizacije metabolita (u aerobiozi), ili se može proces zaustaviti na raznim proizvodima transformacije (u anaerobiozi), koji se izdvajaju u okolnu sredinu. Budući da je životna delatnost uslovljena spoljnom sredinom, od čijih svojstava zavisi pravac biohemijskih procesa i razvoj određenih grupa mikroorganizama, prisustvo ili odsustvo kiseonika u otpadnim vodama opredeljuje grupu mikroorganizama koji će učestvovati u razgradnji organskih materija. To ima za posledicu različitost ostalih uslova za optimalni tok procesa a posebno različitost produkata koji pri obradi otpadnih voda nastaju.
Mikroorganizmi, dakle u isto vreme u procesu metabolizma menjaju u određenom stepenu uslove u okolnoj sredini, stvarajući mogućnost za razvoj drugih grupa mikroorganizama. Tako, danas se smatra da jednu trećinu kiseonika na zemlji produkuje fitoplankton mora. Mikroorganizmi su vrlo osetljivi čak na neznatne izmene spoljne sredine, pri čemu se razvitak drugih grupa mikroorganizama zapaža već kroz nekoliko minuta posle početka delovanja faktora. Kao primer za to može da posluži promena biocenoza pri smanjenju koncentracije rastvorenog kiseonika u vodi.
Složen uzajamni odnos mikroorganizama s okolnom sredinom može se regulisati pojačavajući ili slabeći uticaj određenih faktora. Tako, pri biološkom prečišćavanju otpadnih voda, procesi se vode natakav način da se stvore optimalni uslovi za grupu mikroorganizama koji učestvuju u razlaganju organskih materija. Zato se u aerobnim postupcima obrade potrebna koncentracija kiseonika održava prirodnim ili prinudnim aerisanjem otpadnih voda. Suprotno ovome, pri anaerobnoj obradi otpadnih voda mora se sprečiti prodor vazdušnog kiseonika u sistem jer je on izrazito toksičan za bakterije metanskog vrenja.
4. Osnovne karakteristike aerobnih i anaerobnih postupaka obrade
Za sve aerobne postupke obrade karakteristična je biološkatransformacija koja se može prikazati pojednostavljenom jednačinom:
Organsko zagašenje + O2 aerobi mikroorganizmi H2O + CO2 + novonastala mikrobna biomasa + Q [5]
Za anaerobne postupke obrade karakteristična je sledeća biološka transformacija:
Organsko zagađenje anaerobni mikroorganizmi i zagrevanje CO2 + CH4 + novonastala mikrobna biomasa [6]
Poređenjem jednačina [5] i [6] može se uočiti osnovna razlika između aerobnih i anaerobnih postupaka obrade.
U aerobnim postupcima obrade, dejstvom aerobnih mikroorganizama u prisustvu kiseonika, organsko zagađenje delom se mineralizuje a delom transformiše u mikrobnu biomasu, pri čemu se oslobađa deo energije u obliku toplote Q koja odlazi u okolni prostor.
U aerobnim procesima obrade [jednačina 6] organsko zagađenje se transformiše u gasovite produkte SO2 i CH4 i mikrobnu biomasu. Iz toga sledi da se znatan deo energije akumuliran u organskom zagađenju prenosi u nov oblik organske materije metan, što predstavlja i osnovnu razliku u odnosu na aerobni proces. Pored nastajanja metana u anaerobnim procesima nastaje i oko 10 puta manja količina nove mikrobne biomase, što je posledica manje količine transformisane energije raspoložive za proces biosinteze. Za uspešno izvođenje anaerobnih bioloških transformacija, pošto se u toku nje ne izdvaja toplota, sistem se mora zagrevati.
Navedene osnovne razlike između aerobnih i anaerobnih postupaka obrade određuju im namenu i oblast primene.
Aerobni procesi obično se koriste za oksidaciju zagađenja koja ostaju u otpadnoj vodi posle taloženja (bistrenja), i to: rastvornih, koloidnih i fino dispergovanih primesa. Oksidacija se izvodi aerobnim mikroorganizmima u prirodnim (jezera, reke) i veštačkim uslovima tj. u uređajima za prečišćavanje otpadnih voda. Efikasnost uklanjanja organskih materija uslovljena je tehničko-tehnološkim karakteristikama uređaja za prečišćavanje voda i izborom optimalnih uslova za metabolizam mikrorganizama. Optimalno opterećenje organskim materijama, temperatura, pH, količina rastvorenog kiseonika i odsustvo toksičnih primesa čini te uslove.
Aerobni postupci obrade mnogo su brži od anaerobnih pa se zbog toga i češće primenjuju. Međutim, zbog ograničene brzine kojom se može preneti kiseonik iz vazduha u vodu, ograničeno je i maksimalno zagađenje otpadnih voda koje se može na ovaj način obraditi. Pored toga, treba imati u vidu i činjenicu da aerobni biološki postupci obrade produkuju i značajnu količinu biološkog mulja čije unutrašnje ili konačno odlaganje često predsgavlja, ako ne ograničavajući, ali sigurno značajan problem čije rešavanje zahteva značajne investicije.
Ne treba zanemariti ni činjenicu da su aerobni postupci obrade veliki potrošači elektro energije, jer se vazduh, potreban za aeraciju, doprema kompresorima velike snage. Pored toga, pri aerobnim postupcima odlazi u okolni prostor u obliku toplote i značajna količina solarne energije akumulirane u organskom zagađenju. Zbog ovoga se aerobni postupci biološke obrade mogu svrstati u tipične predstavnike destruktivnih procesa.
Suprotno aerobnim, anaerobni postupci obrade su energetski daleko povoljniji. Oni ne zahtevaju utrošak energije za aeraciju a preko 80% energije vezane u organskim zagađenjima prevodi se u energiju metanskog gasa koji se može koristiti kao izvor energije za potrebe samog postrojenja za prečišćavanje ili za druge potrebe. Tako se, na primer, po svakom kilogramu anaerobno obrađene glukoze produkuje oko 550 1. metanskog gasa koji u sebi sadrži energiju u količini oko 13.300 kJ.
Anaerobni postupci prvenstveno su namenjeni prečišćavanju jako zagađenih otpadnih voda, a pošto iz procesa obrade izlazi mala količina mikrobne biomase tj. mulja, u velikoj meri se primenjuju i u obradi bioloških muljeva koji nastaju pri aerobnoj obradi. Mikrobno delovanje na sastojke mulja naziva se razgradnja mulja. Ova primena za obradu (razgradnju) bioloških muljeva danas je najznačajnija, jer, nakon anaerobne obrade biološki mulj se stabilizuje i može se bez značajnih ekoloških problema odlagati na deponiju.
Sveži biološki mulj koji ulazi u posude se inokulira jednim delom ”zrelog mulja”, mulja koji je već razgrađen. Zreli mulj se može smatrati kao potpuno izrasla kultura mikroorganizama tipa potrebnog za brzu razgradnju mulja. Odnos upotrebljenog inokuluma i svežeg mulja je važan parametar. Najbrža razgradnja mulja postiže se na temperaturama koje dozvoljavaju rast termofilnih bakterija (55°C do 75°C).
D. Aerobni postupci biološke obrade
Ranije su se otpadne vode industrije šećera koristile za navodnjavanje poljoprivrednog zemljišta. Ovaj postupak nema više praktičnog značaja, jer se stalo na stanovište da se otpadne vode moraju prethodno biološki prečistiti radi zaštite podzemnih voda.
Najznačajniji aerobni biološki postupci za prečišćavanje otpadnih voda industrije šećera su:
- postupak odlaganja otpadnih voda u lagune s prirodnom ili prinudnom aeracijom,
- postupak s aktivnim muljem.
Svi aerobni biološki postupci prečišćavanja otpadnih voda zasnivaju se na principima samoprečišćavanja kao jednom od osnovnih svojstava prirode. U tom smislu oni su slični biološkim procesima prirodnih ekosistema u vodotokovima i, istovremeno, znatno se razlikuju od njih. Naime, zbog održavanja određenih optimalnih uslova, procesi u biološkim postupcima prečišćavanja otpadnih voda mogu se značajnije razlikovati od procesa karakterističnih za ekosisteme.
Prema tome, biološki postupci obrade otpadnih voda mogu se posmatrati kao veštački ekosistemi u kojim se nametanjem i održavanjem određenih uslova procesi biološkog prečišćavanja odvijaju mnogo brže od procesa samo- prečišćavanja u prirodi.
Ranije je navedeno da se procesi uklanjanja zagađenja iz otpadnih voda dešavaju u ćelijama mikroorganizama tako što ćelije koriste zagađenje kao hranu a zatim ga transformišu u nove produkte. Ovako posmatrano ćelije se ponašaju kao reaktor koji vrši transformaciju jednog oblika materije i energije (hrana) u drugi (produkti). Produkti koji nastaju pri biološkoj transformaciji znatno se razlikuju od početnog zagađenja. Među njima se nalaze produkti mineralizacije organskih materija u obliku koji nije štetan za ekosistem. Deo zagađenja transformiše se, takođe, u nov oblik organske materije, u mikrobnu biomasu. Ako se ovaj novi oblik organske materije-biomasa ukloni, u vodi zaostaju samo neštetni produkti mineralizacije organskog zagađenja i može se reći da je otpadna voda čista.
1. Odlaganje otpadnih voda u lagune s prirodnom ili prinudnom aeracijom
Odlaganje otpadnih voda u lagune je postupak sa dugim vremenom trajanja razgradnje organskih materija i zato se primenjuje za obradu otpadnih voda onih industrija koje imaju sezonski karakter, kao što je to slučaj sa industrijom šećera. U prošlosti su otpadne vode fabrika šećera prečišćavane u lagunama s prirodnom aeracijom, koje su pražnjene kratko vreme pre početka naredne kampanje. To je najjednostavniji i investiciono najpovoljniji sistem za obradu otpadnih voda, jer se kao biološki reaktori mogu koristiti prirodna zemljana udubljenja, pregrađene prirodne uvale a mogu se iskopati i veštačka jezera i zemljani bazeni.
Kod ovog postupka su za razgradnju ukupnog zagađenja otpadne vode potrebne veće površine laguna jer za ostvarenje aerobne prirodne razgradnje organskih materija dubina vode u lagunama ne sme da bude velika. Prema ispitivanju F. Schneidera i N.
Walbecka (7) na efikasnost razgradnje organskih materija bitno utiče dubina vode koja ne treba da bude veća od 1,0 m do 1,2 m, uz prethodno dobro izdvajanje suspendovanih čvrstih čestica.
A.T.Čekarda i A.P.Parkhomec (8) ispitivali su efikasnost prečišćavanja otpadnih voda, čija je dubina u lagunama iznosila 1 m i koja je bila odložena u avgustu mesecu. Do novembra VRK5 otpadne vode smanjen je sa 2000 mg O2L na 900 mg O2L, a krajem avgusta naredne godine voda je imala vrednost VRK5 samo 12 mg O2L. Prosečna godišnja temperatura u tom kraju iznosila je 7°C.
P.Deviler (P.Devillers) i I.P.Leskir (I.P.Lescure) (9) utvrdili su da je stepen razgradnje organskih materija utoliko veći ukoliko je manji početni sadržaj organske materije i dubina vode.
Temperatura je jedan od najznačajnijih ekoloških faktora razvića mikroorganizama uopšte, a temperatura vode je bitan činilac razvoja mikroorganizama u njoj. Od temperature, budući da ona utiče na fiziološku aktivnost mikroorganizama, zavisi u velikoj meri i efekat prečišćavanja otpadnih voda. Optimalne temperature za većinu mikroorganizama nalaze se između 20°C i 30°C. Niske temperature smanjuju aktivnost mikroorganizama, pa prema tome, i efekat prečišćavanja. F. Edelin i G. Lamber (F. Edeline i G. Lambert) (10) ispitivali su u belgijskim šećeranama efekat prečišćavanja otpadnih voda u lagunama dubine 0,8 m -1,8 m i utvrdili da je efekat razgradnje na temperaturama ispod 15°C vrlo mali.
Kod primene postupka prečišćavanja otpadnih voda u lagunama s prirodnom aeracijom, nije moguće postići potpuno aerobne uslove. Zato mogu nastati, naročito u letnjim mesecima, emisije neprijatnog mirisa. Osim toga, usled variranja vremenskih prilika nije obezbeđeno da se postupkom prečišćavanja otpadnih voda s prirodnom aeracijom, u određenom vremenskom periodu, postigne takav stepen prečišćavanja otpadnih voda da se one mogu ispustiti u vodotok.
Kada je reč o nedostacima ovog postupka treba istaći sledeće:
- lagune zahtevaju veliku površinu a visina vode ne sme da bude veća od 1,2 m,
- prodorom vode iz laguna može da dođe do zagađenja podzemnih voda,
- stvaranje algi, koje, po završetku biološke razgradnje, prouzrokuju visoko opterećenje HPK, jer same alge imaju veliki sadržaj fosfora i azota,
- postupak ipak nije siguran zbog nekontrolisane razgradnje jedinjenja azota.
Bez obzira na sve zamerke, ipak treba istzaći, da je dobra strana i prednost ovog postupka u velikoj ekološkoj sigurnosti, jer se pražnjenje laguna vrši tek onda kada se postigne zahtevani stepen razgradnje zagađivača.
Da li će laguna funkcionisati kao aerobna ili anaerobna zavisi od mnogih uslova a pre svega od količine kiseonika koji se unosi u sistem kao i od organskog opterećenja. Kod prirodne aeracije kiseonik prelazi iz vazduha u lagune samo preko kontaktne površine tečnost-vazduh. Količina kiseonika koja se na ovaj način može uneti u sistem je veoma mala pa se u laguni, zavisno od dubine vode, ostvaruju aerobni ili anaerobni uslovi. Sa porastom dubine vode, sve je izraženija anaerobnost.
Odavno je postalo jasno da se više ne može računati na samoprečišćavanje vode, pa su uvedeni različiti postupci pomoću kojih se taj prirodni proces može ubrzati. Tako se u cilju ubrzanja prečišćavanja otpadnih voda i smanjenja potrebne površine laguna za prirodnu razgradnju organskih materija kao i radi suzbijanja neprijatnog mirisa primenjuje, umesto prirodnog unošenja vazdušnog kiseonika, unošenje veštačkim putem tj. prinudnom aeracijom.
Dubina vode u lagunama sa prinudnom aeracijom može da bude 2,0-4,5 m. Emisija neprijatnog mirisa je manja jer se sistemom prinudnog aerisanja obezbeđuju aerobni uslovi u dubljim slojevima vode nego kod prirodnog aerisanja. Za sprovođenje prinudne aeracije potrebni su posebni aeratori, pa i pored toga vreme potrebno za prečišćavanje vode je vrlo dugo a potrošnja energije izuzetno velika. Naime, po kilogramu razloženog VRK5 može se potrošiti i više od 2 do 2,5 kWh električne energije.
Prinudna aeracija i mešanje obično se vrše površinskim aeratorima a primenjuje se i dubinska aeracija. Dobri aerobni uslovi postižu se jedino ako je mešanje takvog intenziteta da ne dolazi do taloženja suspendovanih materija. U suprotnom, istaložene materije na dnu bivaju podvrgnute anaerobnoj obradi usled čega se javljaju neprijatni mirisi što ove sisteme i čini nepodobnim u urbanizovanoj sredini.
Prema Hoffmann-Welbeck-y i Pellegrini-y (11) za promenu BPK5 od 1 mg O2/I potrebno je za aeraciju 1-2 W/m vode.
H.Klapper (12) je utvrdio da se primenom površinskih aeratora kod dubine iznad 1,0 m u periodu od 2 meseca VRK5 smanjio sa 1000 mg O2/I na 30 mg O2 l.
U šećerani u Offenau (13) u lagunama dubine preko 2 m aeracijom se smanjio VRK5 od decembra do septembra naredne godine sa 7500 mg O2L na 30 mg O2L. Utrošak električne energije iznosio je 0,5 kWh/kg VRK5.
U kom stepenu je efikasnije prinudno od prirodnog aerisanja u lagunama lepo ilustruju istraživanja koja su izveli Devillers i Lescure (9, 14). Oni su utvrdili da se prinudnom aeracijom lagune, u periodu januar-februar, sadržaj organskih materija smanjio za 25%, dok u paralelnoj laguni bez aerisanja nije došlo do promene u sadržaju organske materije.
Biološka obrada prirodnom aeracijom može se shvatiti kao proces aktivnog mulja bez recirkulacije. Koncentracija biološkog mulja je mala i kreće se između 50 i 150 mg/l. Efluent se obično ispušta u prirodne recipijente bez prethodnog taloženja. Međutim, u pojedinim slučajevima, posebno kada vreme zadržavanja nije dovoljno dugo, potrebno je izvršiti taloženje i obradu mulja.
Lagune mogu da posluže za izgradnju višestepenog sistema za prečišćavanje otpadnih voda. Naime, međusobno povezane lagune, u kojima se održavaju različiti uslovi, mogu se smatrati kao višestepeni sistemi (najčešće dvostepeni) za tretman otpadnih voda. Na primer, u prvoj laguni se vrši intenzivna aerobna obrada a u drugoj se održavaju poluaerobni uslovi koji duže traju ali daju efluent dobrog kvaliteta.
2. Postupak prečišćavanja otpadnih voda aktivnim muljem
Ideja o mogućnosti prečišćavanja otpadnih voda aeracijom u prisustvu mikroorganizama javila se krajem XIX veka. Još 1877. godine je pokazano da se za prečišćavanje kanalizacionog sadržaja izlivanjem na polja naročito duguje delovanju aerobnih bakterija. Eksperimenti Anderna (Andern) i Loketa (Lockett) sa Univerziteta u Mančesteru pokazali su da se može dobiti visok efekat prečišćavanja kanalizacionog sadržaja primenom aktivnog mulja, koji su posle flokulacije ponovo vraćali u proces. Autori su ova svoja isgraživanja objavili 1914. godine i to se smatra početkom razvoja procesa prečišćavanja otpadnih voda aktivnim muljem.
Proces aktivnog mulja spada među najrasprostranjenije postupke biološke obrade. Danas postoje mnogobrojne varijante procesa aktivnog mulja koje se razlikuju po tehničkom rešenju, dok je tehnološki princip isti.
Aktivni mulj čine čestice organskih materija naseljene različitim grupama mikroorganizama-aerobnih i fakultativno anaerobnih. One se obrazuju za račun suspenzije otpadnih voda, apsorpcije koloida i razmnožavanja mikroorganizama na tom supstratu. Aktivna komponenta aktivnog mulja su različite mikrobiološke vrste čiji odnos i količina zavisi od vrste zagađenja u otpadnoj vodi i uslova koji se u toku obrade vode održavaju. Između velikog broja vrsta i grupa mikroorganizama, osnovni deo
aktivnog mulja čine bakterije. U aktivnom mulju na 1 mg suve materije dolazi 108-1012 ćelija. Aeracija vode potpomaže stvaranju optimalnih uslova za njihovu životnu delatnost i intenzifikaciju procesa oksidacije organskih materija. Osim toga, mešanje vazduhom potpomaže održavanje aktivnog mulja u suspendovanom stanju.
S fizičko-hemijske tačke gledanja aktivni mulj predstavlja koloidni sistem, koji poseduje vrlo velika sorpciona svojstva. Jedan gram suve materije aktivnog mulja ima ukupnu površinu 1200 m2 (2). Bakterije u toku prečišćavanja vode obrazuju sluzastu masu kojom se obavijaju čestice organskih materija u kojima zajedno žive različite grupe mikroorganizama. Vezujući na ovaj način različite mikrobiološke vrste obrazuju se pahuljice u čiji sastav ulaze i produkti njihove fiziološke aktivnosti, mineralizacije organskog zagađenja, a prisutna je i manja ili veća količina organskog zagađenja složenijeg po hemijskoj građi koje još nije mineralizovano biološkom aktivnošću.
U razmeni materija između mikroorganizama i okolne sredine, kao i u prometu materije i energije (metabolizmu) u samim ćelijama mikroorganizama pored procesa razgradnje po tipu hidrolize, veoma značajnu ulogu igraju i procesi transformacije materija biološkom oksidacijom koja se obavlja u protoplazmi živih ćelija. Najbrže se razlažu jedinjenja prostije strukture koja lako prolaze kroz strukturu pahuljice i ćelijsku membranu. Složena jedinjenja, kao što su skrob, belančevine, celuloza, hemiceluloza itd., prvo se procesom biosorpcije vezuju za pahuljice i zatim se delovanjem ekstracelularnih enzima razlažu do jednostavnih jedinjenja, koja se transportuju u unutrašnjost ćelija mikroorganizama i mineralizuju.
Na efikasnost prečišćavanja otpadnih voda postupkom aktivnog mulja deluju u većoj ili manjoj meri različiti faktori a među njima su najznačajniji: koncentracija kiseonika, temperatura, pH vrednost, intenzitet mešanja i stvaranje pahuljica.
Snabdevanje ćelija mikroorganizama dovoljnom količinom kiseonika jedan je od osnovnih preduslova efikasnog delovanja procesa aktivnog mulja. Kiseonik se obezbeđuje uređajima za aeraciju pri čemu se istovremeno vrši i mešanje.
Brzina biohemijske potrošnje kiseonika u pahuljici je toliko velika da je potrebna velika turbulencija da bi se dovela dovoljna količina kiseonika koja će omogućiti da svi organizmi u pahuljici sudeluju u biohemijskoj oksidaciji. Pored toga, koncentracija kiseonika mora biti usklađena sa dimenzijama pahuljice aktivnog mulja. Tako na primer, za koncentraciju kiseonika između 1,5 do 2,5 mg/l prečnik pahuljice mulja ne sme da bude veći od 400 do 500 mikrometara da bi snabdevanje kiseonikom u unutrašnjosti pahuljice bilo dovoljno.
U nedostatku kiseonika većina bakterija se ponaša kao fakultativni mikroorganizmi i prelaze na anaeroban metabolizam što umanjuje efekat prečišćavanja. U uslovima manje koncentracije kiseonika u aktivnom mulju (naročito u sredini pahuljice) preovlađuju končaste bakterije pa takav aktivan mulj ima vrlo loše sedimentacione osobine.
Temperatura je faktor koji ima veliki uticaj na opštu biološku aktivnost pa i na procese aktivnog mulja. Visoke i niske temperature usporavaju proces prečišćavanja. Pri tome treba imati na umu da temperatura ima i sekundarni uticaj na proces aktivnog mulja: menja se rastvorljivost kiseonika, viskozitet, brzina prenosa mase itd. Pri povišenju temperature smanjuje se rastvorljivost kiseonika i povećava brzina reakcije. Temperature u rasponu od 20°C do 30°C ne utiču bitnije na efikasnost ovog procesa prečišćavanja.
Optimalna pH-vrednost za delovanje procesa aktivnog mulja nalazi se između 6 i 8 a mogu se tolerisati i vrednosti između 5 i 9. Intenzivno mešanje u biološkom reaktoru tokom aeracije pogoduje ujednačavanju pH-vrednosti.
3. Postupak za biološko prečišćavanje otpadnih voda aktivnim muljem R.T.-Lefrancois
Kao što se vidi iz prethodnih izlaganja, postupci aerobne obrade otpadnih voda u lagunama prirodnom ili prinudnom aeracijom prilično su spori, a, osim toga, proces prečišćavanja voda ovim tradicionalnim postupcima odvija se u nekontrolisanim uslovima, jer određene parametre a naročito temperaturu, zbog variranja vremenskih prilika, nije moguće držati u optimalnim granicama.
Iz ovih i drugih razloga, savremeni postupci za aerobni biološki tretman otpadnih voda sve se više približavaju poznatim industrijskim mikrobnim procesima, koji se izvode u reaktorima male zapremine u kojima se lako mogu kontrolisati parametri kao što su temperatura, pH, koncentracija kiseonika i drugi koji obezbeđuju optimalne uslove za razvoj mikroorganizama i njihov metabolizam.
Postoji više tehničkih rešenja za aerobnu obradu aktivnim muljem, međutim tehnološki princip je kod svih rešenja isti. Jedno od takvih rešenja je i belgijski postupak firme R.T. (Rafinerija Tirlemon), koji se karakteriše, kao i sva druga tehnička rešenja aerobne obrade, velikom potrošnjom električne energije.
Da bi se izbegli nedostaci i teškoće koje se javljaju pri primeni tradicio- nalnih postupaka, firma R.T. razvila je postupak za prečišćavanje otpadnih voda koji je naročito pogodan u slučaju njihovog velikog zagađenja poznat pod imenom R.T.-Lfransoa (R.T.Lefrancois).
R.T.Lefrancois postupak koristi pravi fermentor za prečišćavanje otpadnih voda aktivnim muljem, koji ima široku primenu u industriji pekarskog kvasca. Fermentor Lefrancois je prvi fermentor velike zapremine u kome se mešanje i aerisanje postiže bez pokretnih elemenata. On je tako koncipiran da omogućava stvaranje vrlo velike površine na kojoj dolazi u kontakt voda, koja se prečišćava, vazduh i aktivan mulj. Fermentor je građen u obliku cilindričnog suda (slika 7) vertikalno podeljen na dva cilindrična dela nejednakog preseka. Prečnik fermentora je 8,7 m, visina stuba vode 4 m, korisna zapremina iznosi 240 m3 a kapacitet obrade vode za prečišćavanje je 60 do 70 m3/h.
Otpadna voda, koja treba da se prečisti, hranljive soli i aktivni mulj iz taložnika (dekantera) uvodi se kontinualno na dnu centralnog dela fermentora. Vazduh koji se uduvava uz zidove fermentora (kompresorom kapaciteta 10.000 m3/h) povlači za sobom fluidizovanu masu u toku uzlaznog kretanja i prenosi je u prstenasti prostor između zidova fermentora i cilindra za usmeravanje. Fluidizovana masa zatim pada smanjenom brzinom u centralni prostor fermentora. U toku ovog kretanja, zbog fine raspodele vazduha postiže se veliki koeficijent prenosa mase kiseonika odnosno, veoma dobra aeracija.
Fermentor R.T.-Lefrancois može da obrađuje bez prethodnog razblaživanja vodu fabrika šećera sa visokim biološkim opterećenjem (VRK5 od 2000 do 6000 i više). Fermentor radi sa visokom koncentracijom aktivnog mulja, koja se kreće između 10 i 20 g suve materije u suspenziji po litru. Ovaj aktivni mulj se odlikuje tipičnom morfologijom bioaktivne mase i velikom biološkom aktivnošću. Ostvarene vrednosti u pogledu stepena razgradnje su 5 do 10 puta veće od vrednosti, koje se postižu klasičnom primenom aktivnog mulja. Po jedinici zapremine fermentor R.T.Lefrancois postiže učinak razgradnje od 15 do 25 kg VRK5 dnevno. Proizvodnja aktivnog mulja iznosi 0,8 kg suve materije po kilogramu odstranjenog VRK5. Vreme zadržavanja vode u fermentoru tj. vreme aeracije je, u poređenju sa drugim aerobnim procesima, veoma kratko i iznosi 3-4 časa.
Slika 7: Šema fermentora R.T.-Lefrancois 1 − dovod otpadne vode; povratnog aktivnog mulja i hranljivih soli; 2 − odvod u taložnik; 3 − dovod vazduha
Izostavljeno iz prikaza
Optimalna temperatura za delovanje aktivnog mulja u fermentoru je 20°C. Ispitivanja su pokazala da se na nižim temperaturama od 20°C efekat čišćenja smanjuje. Za temperature od 25°C-35°C efekti čišćenja su slični onim na 20°C uz produženo zadržavanje vode u fermentorima. Međutim, pahuljice aktivnog mulja su manje i to utoliko više ukoliko je viša temperatura. Sedimentacione osobine aktivnog mulja postaju lošije. Na temperaturi višoj od 35°C efekat čišćenja brzo opada a pahuljice se raspadaju.
Šema uređaja za biološko prečišćavanje otpadnih voda po postupku R.T.-Lefrancois prikazana je na slici 8.
Organsko zagađenje u otpadnim vodama od istovara, transporta i pranja repe u fabrikama šećera uglavnom potiče od saharoze. Ove vode su siromašne u sadržaju azota i fosfora i smatra se da 90% VRK5 u ovim vodama potiče od saharoze.
Ispitivanja su pokazala (17) da je otpadna voda ovakvog sastava nepovoljna za aerobni tretman postupkom aktivnog mulja, jer se u fermentoru jako brzo razmnožavaju, u unutrašnjosti pahuljica aktivnog mulja, končaste bakterije pa takav aktivan mulj ima izrazito loše sedimentacione osobine.
Da bi se izbegle ove nepovoljnosti, voda za prečišćavanje, pre dolaska u uređaj za prečišćavanje, mora da odleži neko vreme u laguni (bazenu) za stabilizaciju dubokoj 2-3 m, gde dolazi do blage anaerobne fermentacije. Pri tome, fermentacijom šećera stvaraju se organske kiseline kao što su: sirćetna, buterna i propionska kiselina. U tablici 11. prikazani su rezultati ispitivanja gasnom hromatografijom prosečnog sadržaja organskih kiselina u vodi lagune za stabilizaciju i u prečišćenoj vodi na izlazu iz uređaja R.T.-Lefrancois.
dovod vode za prečišćavanje
↓
sito
↓
grejač
↓
hranljive soli P+N fermentor
↓
aktivni mulj u recilkuraciji
↓
vazduh
↓
kompresor
↓
taložnik
↓
odvod
Slika 8: Šema uređaja za prečišćavanje otpadnih voda R.T.-Lefrancois
Izostavljeno iz prikaza
| – | Isparljive kiseline | Neisparljive kiseline | |||
| Vrsta vode | Sirćetna kiselina | Propionska kiselina | Buterna kiselina | Mlečna kiselina | |
| 1. | Voda iz bazena za sgabilizaciju | 1,25 | 0,70 | 1,05 | 0,025 |
| 2. | Prečišćena voda u uređaju R.T. Lefrancois | 0,05 | 0,00 | 0,00 | 0,00 |
Od značaja je činjenica, koja je dokazana više puta, da voda koja izlazi iz stabilizacione lagune, posle boravka od 5-8 dana, ne sadrži više šećer. Naime, da bi se potpuno sputao razvoj končastih bakterija i dobio aktivni mulј dobrih sedimentacionih osobina, prema ispitivanju Instituta R.T.(19), potrebno je da voda pre prečišćavanja u fermentoru R.T.-Lefrancois boravi 5-8 dana u stabilizacionoj laguni. U toku ovog vremena šećer se fermentativnim putem razgradi u organske kiseline, pri čemu se rN vode stabilizuje u granicama od 5,5-5,6. Kraće vreme boravka u stabilizacionoj laguni ne sputava razvoj končastih bakterija.
Ovaj fenomen je malo ispitan ali se može donekle objasniti eksperimentalno utvrđenom činjenicom, da pri obradi otpadnih voda aktivnim mulјem, brzina kojom se smanjuje sadržaj rastvorenog kiseonika u njima zavisi od sadržaja uglјenih hidrata. Naime, utvrđeno je da u otpadnim vodama, koje sadrže mnogo uglјenih hidrata, sadržaj rastvorenog kiseonika, pri obradi aktivnim mulјem, vrlo brzo opada. Zato, bakterije koje se nalaze u sredini pahulјice aktivnog mulјa nisu snabdevene dovolјnom količinom kiseonika čime nastaju povolјni uslovi za razvoj končastih bakterija.
Prema tome, svrha stajanja vode u stabilizacionoj laguni je dvojaka i ima sledeće zadatke:
- Da se za prečišćavanje dobije voda sa ujednačenim kvalitetom, potrebnim pH i sadržajem organskih kiselina.
- Da se razgradnja šećera u organske kiseline vrši putem anaerobne fermentacije. Ovo je uslov da ne nastane veliko razmnožavanje končastih bakterija, koje sprečavaju dobru sedimentaciju aktivnog mulјa.
Otpadna voda, koju treba prečistiti dovodi se u fermentor iz stabilizacione lagune nakon njenog anaerobnog stabilizovanja u toku 5-8 dana. Pre ulaska u fermentor
voda prolazi, radi uklanjanja suspendovanih materija, kao što se vidi na šemi sl. 8, kroz sito i zagreva se u zagrevaču na optimalnu temperaturu od 20°C.
Kod biološkog prečišćavanja otpadnih voda po postupku R.T. Lefrancois, gde je vreme zadržavanja vode u fermentoru prosečno 4 časa, razgradnja azotnih jedinjenja ide do amonifikacije. Pošto otpadne vode fabrike šećera ne sadrže dovolјne količine azota i fosfora, one se nadoknađuju dodatkom hranlјivih soli da bi se održala optimalna aktivnost mikroorganizama. Po klasičnoj formuli, za optimalnu aktivnost mikroorganizama potrebno je održati u fermentoru stalni odnos
BPK5 : N : P = 100 : 4 : 0,7
Dalja ispitivanja su pokazala da minimalni odnos, koji se mora respektovati iznosi:
BPK5 : N : P = 100 : 3 : 0,5
Azot se dodaje u obliku 36% rastvora uree (karbamida) a fosfor u obliku rastvora amonijum-polifosfata (50% Rg05 i 15% N).
Kao izvor azota umesto uree mogu se koristiti kondenzati iz zagrevača sokova i iz zagrevnih komora pojedinih tela otparne stanice i vakuum-aparata, koji sadrže amonijak. Amonijak nastaje, kao što je poznato, hidrolizom amida glutamina i asparagina, čiji sadržaj u soku šećerne repe varira u širokim granicama od jedne do druge kampanje, zavisno od kvaliteta šećerne repe koja se prerađuje. Sekundarna para dobijena u prvom stepenu isparavanja najbogatija je amonijakom. Ispitivanja, koja su izvedena u fabrici šećera u Tirlemonu u kampanji 1974 godine, pokazala su da sadržaj amonijačnog azota iznosi 3 do 4 g po litru kondenzata.
Korišćenje kondenzata kao izvora azota pokazalo se kao vrlo povoljno, jer je aktivnost bakterija aktivnog mulja ponekad bila veća od aktivnosti bakterija koje su hranjene ureom. Uzrok tome nalazi se, pre svega, u činjenici da sve bakterije ne mogu da asimiluju ureu. Naime, urea se može direktno da asimiluje samo od bakterija koje mogu da sintetizuju enzim ureazu koja hidrolizuje ureu.
O = C − (NH2)2 + 2H2O ureaza → (NH4)2CO3 CO2 + 2NH3
Za razliku od uree, amonijak direktno asimiluju sve bakterije. Korišćenje amonijačnih kondenzata umesto uree kao izvora azota za bakterije aktivnog mulja, ima, pored ekonomskog značaja, jer je urea relativno skupa, i tu prednost što se time uklanja potencijalni izvor zagađenja.
Suspenzija aktivnog mulja iz fermentora kontinualno se odvodi u dekanter, gde se aktivni mulj taloži i odvaja od prečišćene vode. Veći deo istaloženog aktivnog mulja ponovo se vraća u vidu guste suspenzije u fermentor kako bi se u njemu održala velika koncentracija biomase, reda veličine 10 do 15 g/l suve materije u suspenziji. Višak aktivnog mulja, koji se ne vraća u fermentor, odvodi se iz dekantera i zatrpava sa mnogo većom količinom zemlje (u odnosu 1:100) izdvojenom na taložnim poljima.
Na osnovu svega iznetog vidi se da je postupak R.T.-Lefrancois vrlo pogodan za brzo prečišćavanje otpadnih voda zagađenih velikom količinom materija koje se mogu biološkim putem degradirati. Naime, postupak R.T.-Lefrancois omogućuje tretiranje veoma zagađenih voda sa VRK5 od 5000 do 6000 mg 02/1 bez razblaživanja, dok tradicionalni postupci dozvoljavaju zagađenost za VRK5 od 500 do 700 mg O2/l.
Međutim, imajući u vidu, da je vreme zadržavanja vode u fermentoru samo 3 do 4 časa, otpadnu vodu nije moguće prečistiti do takvog stepena da se može odmah pustiti u vodotok. Stepen prečišćenosti otpadnih voda, po postupku R.T.-Lefrancois, izražen u %-tima VRK5 izdvojenog iz vode iznosi oko 90% pri hidrauličkom opterećenju od 60 do 70 m3/h. Efekti rada uređaja R.T.-Lefrancois za različito hidrauličko opterećenje prikazani su grafički na slici 9.
Slika 9: DijaGram efekša paga R.T.-Lefrancoisuređaja u Tirlemonšu (BelGija) šokom kamianje 1973. godine
Izostavljeno iz prikaza
Ovako delimično prečišćena voda vraća se u recirkulacioni krug voda od istovara, plavljenja i pranja repe kako bi se stepen zagađenosti u ovom recirkulacionom krugu voda održao na određenom nivou, jer stalnom recirkulacijom nastaje progresivna akumulacija zagađujućih materija. Uopšte uzevši, visoko opterećenje aktivnog mulja se primenjuje kada se želi postići veliki stepen iskorišćenja postrojenja a može se prihvatiti, kao u navedenom slučaju, lošiji kvalitet efluenta. Kod prečišćavanja krajnjih otpadnih voda, koje treba ispustiti u vodotok, često se proces visoko opterećenog aktivnog mulja primenjuje kao prvi stepen biološke obrade.
Kompletna instalacija R.T.-Lefrancois posgupka zauzima relativno mali prostor i može se potpuno automatizovati.
Već ranije je pomenuto da kod biološkog prečišćavanja otpadnih voda po postupku R.T.-Lefrancois ne dolazi, zbog kratkog vremena njihovog zadržavanja u fermentoru, do nitrifikacije, nego razgradnja azotnih jedinjenja ide samo do amonifikacije. Do nitrifikacije dolazi u slučajevima kada je vreme boravka duže, više od 10 časova. Jedna grupa autotrofnih bakterija može da dobije energiju oksidacijom azota iz amonijumovih jedinjenja u nitrite. Druga grupa, čija imena počinju sa nitro-, oksidišu nitrite dalje u nitrate.
Tok hemijskih reakcija pri oksidaciji NH4+ jona najpre u NO2- a zatim u NO3- jone u procesu nitrifikacije prikazan je narednom šemom:
oksidacija amonijaka (nitrifikacija) g O2/gN
NH4+ + 1,5 O2 → NO2-+ H2O + 2H+ 3,43
NO2- + 0,5 O2 → NO3- 1,14
NH4+ + 2 O2 → NO3- + H20 + 2H+ 4,57
Grupu autotrofnih bakterija koje oksidišu N iz amonijum jedinjenja u nitrite čine: Nitrosomonas sp., Nitrosococcus sp., Nitrosospira sp., Nitrosolobus sp. i Nitrosovibrio sp. Među bakterijama koje oksidišu nitrite u nitrate najčešće se sreću: Nitrobacter sp., Nitrococcus sp., Nitrospina sp. i Nitrospira sp.
Danas ce postavljaju sve oštriji uslovi u vezi sa kvalitetom prečišćenih voda i u razvijenim zemljama zapada više se ne zadovoljavaju stepenom prečišćenosti otpadnih voda sa završenom nitrifikacijom, nego se iz otpadnih voda mora odstraniti i nitratni azot. Odstranjivanje nitratnog azota može se izvesti daljim tretiranjem u anaerobnim uslovima prečišćene vode, kod koje je završena nitrifikacija. Naime, u anaerobnim uslovima nitrati se redukuju pod uticajem određene grupe bakterija do elementarnog azota. Ovaj proces naziva se denitrifikacija. Sposobnost da redukuju nitrate do elementarnog azota imaju razne vrste bakterija: Pseudomonas sp., Alcaligenes sp., Acinetobacter sp., Bacillus sp„ Flavobacterium sp„ Paracoccus sp„ Thiobacillus sp. i dr. Denitrifikacija ce može prikazati sledećom jednačinom:
10[H] + 2H+ + 2NO3- →N2 + 6H2O
Pri denitrifikaciji azot iz nitrata je akceptor elektrona i pri tome se redukuje do elementarnog azota dok se istovremeno organska supstanca oksidiše.
Đ. Anaerobni proces biološke obrade
Razgradnja organskih materija i razmena materija između mikroorganizama i okolne sredine, kao i promet materija i energije u samim ćelijama mikroorganizama pri anaerobnim postupcima obrade odvija se bez prisustva kiseonika.
Pod dejstvom bakterija anaerobnog vrenja složene organske materije kao što su belančevine, lipidi, skrob, celuloza, lignin itd. razlažu se na složen način koji se može podeliti na tri faze kao što je to šematski prikazano na slici 10. Bakterije anaerobnog vrenja prema konačnim produktima nastajanja, dele se na bakterije kiselinskog vrenja i bakterije metanskog vrenja. Za razliku od bakterija metanskog vrenja, koje su striktni anaerobi, bakterije kiselinskog vrenja su u odnosu prema kiseoniku fakultativne.
neizmenjene organske materije
↓
ekstracelularni bakterijski enzimi → I faze ulazne materije
↓
rastvorene organske materije
↓
bakterije kiselinsko vrenja
↓
isparljive kiseline,alkoholi i drugo + CO2 + H2O + ostali produkti + biomasa bakt.ćelija → II faza međuprodukti
↓
bakterije metanskog vrenja
↓
inertne materije + neizmenjene organske materije + CH4 CO2 + biomasa ćelija III faza krajnji produkti
Slika 10: Šematski prikaz biološke razgradnje organskih materija u procesu anaerobne obrade
U prvoj fazi razgradnje, složene, u vodi nerastvorne materije, hidrolizom se prevode u rastvoran oblik. Ova hidroliza je katalizovana ekstracelularnim enzimima koje izlučuju u okolinu bakterije anaerobnog vrenja. Tako se, na primer, polisaharidi razlažu do prostih šećera, belančevine do aminokiselina i peptida, lipidi do masnih kiselina i glicerola itd. Pošto se u ovoj fazi razgradnje, u vodi nerastvorne materije prevode u rastvoran oblik, ona se često naziva fazom likvefakcije, rastvaranja ili utečnjavanja.
Prevođenje složenih organskih jedinjenja u oblik rastvoran u vodi je neophodan uslov za dalju razgradnju, jer mikroorganizmi mogu potpuno da razlože samo onaj oblik materije koji je rastvoran u vodi. Brzina kojom se složena makromolekulska jedinjenja mogu prevoditi u rastvoran oblik zavisi od njihove hemijske građe i osobina bakterija anaerobnog vrenja. Pod dejstvom bakterija najlakše će se razlagati one materije na koje su bakterije priviknute i imaju potrebne hidrolizne enzime konstitutivnog karaktera, dok će se znatno teže razlagati materije na koje bakterije tek treba da se prilagode i da sintetizuju adaptivne enzime.
Međutim, u praktičnim uslovima, rastvaranje složenih organskih materija, retko kada je potpuno, zbog čega iz postupka obrade uvek izlazi manja ili veća količina razgrađene organske materije. Takav je slučaj, na primer, lignin koji se razlaže veoma sporo i nepotpuno, čiji produkti razgradnje ulaze u sastav mulja koji se izdvaja iz biološkog reaktora čineći kasnije osnovne komponente humusa.
U drugoj fazi razlaganja, bakterije kiselinskog vrenja koriste u vodi rastvorne komponente organskog zagađenja bez obzira da li su unete u sistem ili su nastale u prvoj fazi razlaganja, i prevode ih u svoju biomasu i različite metabolite.
Razumljivo je da se većom brzinom razlažu pod dejstvom bakterija kiselinskog vrenja one komponente zagađenja koje su prisutne u rastvorenom obliku, jer ne moraju da prođu kroz prvu fazu razlaganja tj. hidrolizu.
Pri razlaganju pod dejstvom bakterija kiselinskog vrenja ne postoji spoljašnji akceptor elektrona oslobođenih razlaganjem supstrata pa bakterije moraju da koriste unutrašnje akceptore koji nastaju u metaboličkim tokovima, na primer, ketokiseline. Pošto je korišćenje ketokiselina kao krajnjih akceptora elektrona najčešće zastupljeno, logično je što se kao krajnji produkt kiselinskog vrenja tj. druge faze razlaganja javljaju različite organske kiseline i oksidisani oblik koenzima nikotinam- id-dinukleotida, NAD, i nikotinamid-adenin-dinukleotid—fosfata, NADP. Pored toga nastaje i određena količina CO2 i N2 kao i novoizgrađena biomasa mikroorganizama. Zbog toga što se kao dominantni produkt ove faze razgradnje organskih materija pojavljuju organske kiseline, ona se naziva fazom kiselinskog vrenja.
Količina i vrsta nastalih kiselina zavisi od brojnih faktora a pre svega od vrste organskog zagađenja, vrednosti pH, temperature, koncentracije kiseonika itd. Ova faza razlaganja može se odvijati u prisustvu i bez prisustva kiseonika, pošto su bakterije kiselinskog vrenja fakultativne.
Zavisno od hemijske prirode u drugoj fazi razlaganja se različita jedinjenja razlažu različitom brzinom. Najbrže i potpuno se razlažu ugljeni hidrati dok se više masne kiseline razlažu znatno sporije i na kraju obično zaostaje oko 20% u nerazloženom obliku.
Treća faza razlaganja dešava se pod dejstvom bakterija metanskog vrenja i u njoj se prethodno obrazovane organske kiseline razlažu u metan i ugljen-dioksid uz biosintezu određene količine bakterijske mase. Pored organskih kiselina bakterije metanskog vrenja mogu razlagati tj. koristiti kao hranu i neka druga jedinjenja na primer, alkohole male molekulske mase. One takođe koriste i H2 čiji je akceptor u metanskom vrenju najčešće SO2, koji se obrazuje pri razlaganju složenih jedinjenja.
Metansko vrenje je složen biološki proces u kome učestvuje veliki broj bakterijskih vrsta a svaka od njih je strogo zavisna od vrste supstrata. Tako, na primer, Methanobacterium formicicum može da koristi samo N2, SO i mravlju kiselinu, a Ms.barkerii -etil-alkohol, sirćetnu kiselinu, vodonik i ugljen-monoksid. To svedoči o tome da se metanske bakterije karakterišu visokom specifičnošću u odnosu na sredinu, i objašnjava nemogućnost ostvarivanja anaerobnog razlaganja zagađenja otpadnih voda pomoću čiste kulture jedne vrste bakterija.
Složenost izučavanja mikroorganizama koji obrazuju metan povezano je s tim, što su oni strogi anaerobi, zato ih je izvanredno teško izolovati. Osim toga, metanske bakterije se vrlo sporo razmnožavaju. Veliki broj istraživača vezuje sporo razmnožavanje metanskih bakterija u hranljivoj sredini s njenim oksido-redukcionim uslovima. Ustanovljena je direktna zavisnost mehanizma razgradnje organskih materija od rH2 sredine. Tako, pri vrednosti rH2 = 12-12,9 razlaganje kalcijumovih soli mravlje kiseline protiče uz obrazovanje vodonika po sledećoj jednačini:
(HOOC)2 Ca + H2O → CaCO3 + CO2 + 2H2
A pri uvođenju u sistem gasovitog vodonika i vrednosti rH2 = 6-7 mravlja kiselina mineralizuje se uz obrazovanje metana po jednačini:
HCOOH + 3H2 → CH4 + 2H2O
Treba istaći, da sposobnost obrazovanja metana nemaju sve anaerobne bakterije već samo određena grupa. U suprotnosti sa mnogim drugim bakterijama, metanske bakterije ne razlažu ugljene hidrate, ni aminokiseline, koji predstavljaju osnovu hranljive sredine za saprofitne bakterije.
Nastanak metana prvi je objasnio N. L. Zengen (N. L. Sohngen) (28), koji je pokazao, da se određene masne kiseline mogu kvantitativno prevesti u ugljen-dioksid i metan. Mehanizmu obrazovanja metana posvećeno je mnogo radova, ali izdvajanje čiste kulture bakterija, koje izazivaju metansko vrenje, prvo je uspelo Barkeru 1936.godine. On je razradio tehniku izdvajanja čiste kulture metanskih bakterija i ustanovio da u procesu obrazovanja metana suštinsku ulogu igra ugljen-dioksid, koji služi kao akceptor elektrona.
Osnovna reakcija obrazovanja metana može se predstaviti jednačinom:
CO2 + 4H2A → CH4 + 4A + 2H2O
Ovde se pod N2A podrazumeva organsko jedinjenje, koje sadrži vodonik ili pak čist vodonik ako se izključi deo A.
Ako se, na primer, uzme da N2A predstavlja etil-alkohol onda jednačina reakcije redukcije dobija oblik:
CO2 + 2CH3CH2OH → 2CH3COOH + CH4
Ako se za N2A uzme N2, tada će sumarna jednačina biti:
CO2 + 4N2 → CH4 + 2H2O
Pored osnovnog, mogući su i drugi putevi obrazovanja metana, na primer, redukcijom ugljen-monoksida:
CO + 3H2 → CH4 + H2O (u prisustvu vodonika)
4CO + 2H2O → 3CO2 + CH4 (u odsustvu vodonika)
Pri odsustvu vodonika u sredini, mikroorganizmi pomoću enzima oksidišu SO do S02, koristeći u ovom procesu kiseonik vode po sledećoj jednačini:
CO + H2O → CO2 + H2
Zatim protiče proces biohemijskog redukovanja CO2 do CH4.
Ispitivanja metanskog vrenja organskih materija metodama hemijske analize nisu ukazala neposredno na izvore i način nastajanja metana. Metod zasnovan na radioaktivnom markiranju atoma ugljenika omogućio je da se izvede direktno dokaz mehanizma metanskog vrenja. Pomoću radioaktivnog ugljenika u ugljen-dioksidu, Barker je dokazao da se S02 redukuje u metan a takođe da se troši i za izgradnju biomase metanskih bakterija.
Pri izučavanju životne delatnosti čistih kultura bakterija koje obrazuju metan, bilo je ustanovljeno da mehanizam obrazovanja metana ne ide po jednoj šemi i da proces nastajanja metana zavisi od vrste mikroorganizma i supstrata na koji deluje.
Na primer, u sredini, koja sadrži etil-alkohol, čista kultura Methanobacterium omelianskii obrazuje metan redukujući ugljen-dioksid, a etil-alkohol oksidiše se u sirćetnu kiselinu:
2C2H5-OH + 14CO2 → 14CH4 + 2CH3COOH.
U sredini, koja sadrži metil-alkohol, kultura Methanosarcina methanica veći deo metana obrazuje iz ugljen-dioksida no pri tome događa se dopunska reakcija-redukovanje metil-alkohola do metana po jednačini 4CH3OH = 2CH4 + CO2 + 2H2O.
Iz sirćetne kiseline čista kultura Methanosarcina barkerii izdvaja metan iz njene metilne grupe po jednačini:
14 CH3COOH → 14CH4 + CO2
Pri dejstvu bakterija koje obrazuju metan iz kiselina s većim brojem atoma ugljenika nego što ima sirćetna kiselina, metan se obrazuje redukcijom ugljen-dioksida vodonikom iz vode, a iz polaznog jedinjenja obrazuju se dve kiseline: sirćetna i druga kiselina sa ukupnim brojem atoma ugljenika u njima jednakim kiselini koja se razložila.
Na primer, pri vrenju valerijanske kiseline Methanobacterium suboxydans obrazuje sirćetnu i propionsku kiselinu, a metan se obrazuje iz S02:
2CH3CH2CH2CH2COOH + 2H2O0 + 14CO2 = 14CH4 + 2CH3COOH+ 2CH3CH2COOH
Pri metanskom vrenju kiseonik iz vode igra ulogu oksidacionog agensa pri čemu se jedan deo molekula supstrata oksidiše a u isto vreme drugi deo molekula se redukuje vodonikom do metana. Šematski to se može predstaviti na sledeći način. Molekuli vode pod uticajem enzima razlažu se na vodonik i kiseonik. Vodonik koriste mikroorganizmi za redukciju S02 do SN4, a 02 za oksidaciju dekarbonizovanog radikala u kiselinu.
Količinu vode za datu reakciju pri potpunom razlaganju organskih materija uz obrazovanje gasa ustanovili su Busvel (Buswell) i Boruf (Boruff). Na osnovu odnosa ugljenika, vodonika i kiseonika u polaznom jedinjenju i u krajnjim produktima vrenja Buswell i Simons (2 ) izveli su univerzalnu jednačinu po kojoj u anaerobnim uslovima previru organske materije koje se sastoje iz S, N i O:
CnHaOb + (n − a/4 − b/2) H2O → (n/2 − a/8 + b/4) CO2 + (n/2 + a/8 − b/4 )CH4 (7)
Ha primer za propionsku kiselinu ona će biti sledeća:
4C3H6O2 + ( 12 − 24/4 − 8/2 ) H2O → ( 12/2 − 24/8 + 8/4 ) CO2 + ( 12/2 + 24/8 − 8/4 ) CH4
ili
4C3H6O2 + 2H2O → 5CO2 + 7CH4
Najzad, treba pomenuti važnu ulogu koju igraju bakterije koje obrazuju metan u kruženju materije i energije u prirodi. One asimiluju ugljen-dioksid, ugljen-monoksid i vodonik, obrazujući iz njih ugljovodonik metan i svoju biomasu.
1. Produkcija gasa
Količina gasa koja nastaje u anaerobnim procesima zavisi kako od vrste zagađenja tako i od uslova pri kojima se proces izvodi. Ako se jednačina (7) Buswell-a i Simons-a primeni na određeni supstrat, na primer, na sirćetnu kiselinu koja je centralni metabolit metanskog vrenja, može se izračunati teorijski prinos metana po jedinici mase supstrata:
CH3COOH + (2 − 4/4 − 2/2) H2O → (2 − 4/4 − 2/2) CO2 + (2/2 + 4/8 − 2/4) CH4
ili
CH3COOH → CO2 + CH4 (8)
Iz jednačine (8) sledi da se od jednog mola sirćetne kiseline (60g) dobija jedan mol metana (16g) tj. da od svakog grama sirćetne kiseline nastaje 0,267g metana.
Pri potpunoj oksidaciji sirćetne kiseline nastaje CO2 i H2O prema reakcionoj šemi:
CH3COOH + 2O2 → CO2 + 2H2O (9)
Ova jednačina pokazuje da 1g sirćetne kiseline odgovara 1,067g HPK.
Na osnovu podataka dobijenih iz jednačina (8) i (9) sledi da se na svaki 1g HPK može dobiti 0,267/1,067 = 0,25g metana, što, ako se prevede na normalne uslove iznosi 0,35 1.
U navedenom proračunu nije uzeta u obzir novonastala biomasa bakterija pa prema tome produkcija gasa po jedinici HPK mora biti nešto manja od izračunate. Teorijski izračunat prinos metana manji je i zbog toga što efikasnost korišćenja supstrata u praktičnim uslovima, čak i pri dobrom funkcionisanju postrojenja, nije stoprocentna.
Imajući u vidu navedene razlike između teorijskog i realno mogućeg prinosa gasa u metanskom vrenju Metkaft (Metcaft) i Edi (Eddy) (21) su predložili korigovanu jednačinu za izračunavanje količine gasa koji se produkuje u toku metanskog vrenja:
Vr = 0,35 ( E S − 1,42 BM )
gde je:
Vr − količina proizvedenog gasa (1/dan)
E − koeficijent efikasnosti korišćenja supstrata (0,80-0,95)
S − količina utrošenog supstrata (HPK/dan)
BM − količina proizvedene biomase (kg/dan)
Iz jednačina (7) i (8) može se videti da su glavne komponente proizvedenog gasa SN4 i S02. Odnos ovih komponenata izražen u zapreminskim procentima, najčešće je 70% SN4 i 30% S02. U praktičnim uslovima ovaj odnos može da se menja zavisno od mnogih faktora ali najčešće iznosi 65%-75% SN4 i 30%-35%SO2.
Razlog za variranje zapreminskog odnosa komponenata gasa leži u činjenici da je SO2 rastvorljiviji u vodi od metana pa određena količina SO2 izlazi iz sistema sa tečnom fazom. Isto tako, određena količina SO2 ulazi u ravnotežni sistem karbonati-bikarbonati. Ovo pomeranje zapreminskog udela u korist metana je od značaja, pošto se time povećava energetska vrednost proizvedenog gasa.
U praksi, međusobni odnos metana i SO2 može znatno varirati kao i drugih komponenata izlaznog gasa. Variranja su posledica uslova rada svakog postrojenja ali isto tako mogu poslužiti i kao kontrola funkcionisanja postrojenja. Značajne promene uobičajenog odnosa metana i SO2 kao i pojava povećanih količina drugih komponenata u gasu uvek ukazuju na poremećaje u funkcionisanju postrojenja za anaerobnu obradu.
2. Osnovni faktori procesa anaerobne obrade
Na proces anaerobne obrade utiče veliki broj faktora a poseban značaj imaju: temperatura, pH-vrednost, vrsta i koncentracija zagađenja, koncentracija nutrienata i toksina, vreme boravka u biološkom reaktoru, mešanje, koncentracija kiseonika itd.
Kako se bakterije kiselinskog i metanskog vrenja međusobno znatno razlikuju, optimalno delovanje jedne ili druge grupe zahtevalo bi znatne razlike u vrednostima pojedinih parametara procesa. Zbog toga se, u klasičnim postupcima anaerobne obrade, pod optimalnim uslovima podrazumevaju takve vrednosti parametara koji omogućavaju što optimalnije zajedničko delovanje obe grupe mikroorganizama, a time i optimalno delovanje procesa u celini.
Naime, pravilno izvođenje anaerobne razgradnje zagađenja otpadnih voda u klasičnim postupcima sastoji se u jednovremenom ostvarivanju kiselinskog i metanskog vrenja. Da bi razlaganje organskih materija išlo baš na taj način, neophodno je održavanje nekih strogo određenih uslova za postizanje neophodne ravnoteže obe faze procesa. Određene reakcije treba da teku takvom brzinom, da intermedijarni produkti razlaganja kiselinskog vrenja budu odmah utrošeni za metansko vrenje tj. neophodno je održati reakcioni sistem u ravnoteži u kojoj je nastajanje organskih kiselina i metana ekvivalentno. Suvišno nagomilavanje produkata kiselinskog vrenja izaziva zakišeljavanje sredine, usporava proces obrazovanja gasa i može da dovede do potpunog prekida metanskog vrenja. Pored toga, bakterije, koje u toku kiselinskog vrenja obrazuju kiseline, ispoljavaju znatnu rezistentnost prema dejstvu veće kiselosti sredine, dok se aktivnost metanskih bakterija sputava pri povišenju koncentracije kiselina.
Brzina anaerobnog vrenja je znatno manja od brzine aerobne razgradnje. Ispitivanja su pokazala da brzinu anaerobnog procesa određuje faza metanskog vrenja što je u skladu s činjenicom da je brzina rasta bakterija metanskog vrenja znatno manja od brzine rasta bakterija kiselinskog vrenja. Vreme udvostručenja broja metanskih bakterija, pri optimalnim uslovima, obično je duže od 12 časova, dok fakultativne bakterije kiselinskog vrenja imaju vreme udvostručenja, često i manje od 30 minuta. Bakterije kiselinskog vrenja rastu većom specifičnom brzinom čak i u anaerobnim uslovima.
a) Temperatura
Anaerobno vrenje može proticati u širokom dijapazonu temperatura od 0°C do 57 °C. S porastom temperature povećava se i brzina procesa. Anaerobno vrenje može se voditi pri umerenim (29°C-40°C) i pri dosta visokim (50°C-57°C)
temperaturama, optimalnim za aktivnost termofilnih bakterija. Prema tome, u anaerobnim procesima učestvuju mezofilne i termofilne bakterije. Mezofilne bakterije imaju optimalnu temperaturu delovanja između 29°C i 40°C, dok termofilne bakterijske vrste anaerobnog vrenja imaju optimalnu temperaturu delovanja između 50°C i 57 °C. U zavisnosti od temperaturne oblasti u kojoj se postupak anaerobne obrade izvodi razlikujemo mezofilno i termofilno anaerobno vrenje. Mezofilno vrenje se u praksi izvodi najčešće u temperaturnoj oblasti 35°C i 40°C dok se termofilno vrenje izvodi u temperaturnoj oblasti 40°C-60°C.
Uopšte uzevši, teško je reći, pri kojoj temperaturi treba izvoditi anaerobno vrenje jer anaerobno razlaganje može proticati sa gotovo nepromenjenom brzinom u vrlo širokom dijapazonu temperatura (35°C-60°C), ali pod uslovom, da temperatura u toku celog procesa bude konstantna. Od momenta uspostavljanja temperature procesa bakterijske kulture se adaptiraju na nju i svaka izmena čak i za 1°C – 2°C može da dovede do usporavanja metanskog i obnavljanje kiselinskog vrenja. Bakterije metanskog vrenja mnogo su osetljivije na temperaturne promene od bakterija kiselinskog vrenja.
Uticaj temperature na tok procesa anaerobnog vrenja karakteriše se ko- ličinom gasa, koja nastaje na raznim temperaturama iz 1kg organskih jedinjenja (slika 11).
Povećanje brzine razlaganja organskih jedinjenja pri povišenju temperature praćeno je povećanjem obima g izdvajanja gasa, koji iznosi pri 10°C-450 1/kg, pri 15°C-530 1/kg, pri 20°C-6101/kg, s pri 25°C-710 1/kg, pri 30°C-760 1/kg.
U praksi se najčešće primenjuje mezofilno anaerobno vrenje sa radnom temperaturom oko 36°C. Razlozi za ovo su i praktične i ekonomske prirode.
Sistemom zagrevanja i mešanja u bioreaktoru je znatno lakše održavati konstantnu temperaturu ako je ona niža.
U praksi se najčešće primenjuje mezofilno anaerobno vrenje sa radnom temperaturom oko 36°C. Razlozi za ovo su i praktične i ekonomske prirode.
Pri nižoj radnoj temperaturi gubici toplote su znatno manji, što je sa aspekta Slika 11: Uticaj šemierašure na količinu toplotne ekonomije veoma značajno. dobijenog gasa
b) Isparljive kiseline
Jedan od pokazatelja pravilnog toka procesa anaerobnog vrenja je koncentracija isparljivih kiselina, intermedijarnih produkata razlaganja. Nјihov sadržaj u toku vrenja ne treba da pređe 2000-3000 mg/l. Pri povećanju koncentracije iznad navedene granice izdvajanje gasa se smanjuje, a pri daljem rastu koncentracije može potpuno da se zaustavi.
Jedan od praktičnih načina održavanja koncentracije isparljivih kiselina u potrebnim granicama je ograničenje količine dovedenih otpadnih voda u takvoj meri, da se brzina nastajanja organskih kiselina izjednači sa brzinom obrazovanja metana i ugljen-dioksida. Može se primeniti, takođe, alkalisanje sadržaja bioreaktora krečnim mlekom, dodatim u takvoj količini koja neće sputati razvitak bakterija (pH oko 8).
v) pH i alkalitet
Uopšte uzevši, koncentracija vodonikovih jona tj. pH vrednost sredine je od osnovnog značaja za efikasno funkcionisanje svakog mikrobiološkog procesa pa i procesa anaerobne obrade. Kada je reč o mikroorganizmima koji se nalaze u otpadnim vodama pri anaerobnoj obradi, treba istaći da je njihova otpornost prema koncentraciji vodonikovih jona veoma različita. Optimalnu oblast vrednosti pH, pre svega, određuju bakterije metanskog vrenja koje su znatno osetljivije na promenu vrednosti pH od bakterija kiselinskog vrenja.
Kao što je već ranije bilo pomenuto, u drugoj fazi anaerobne obrade organske materije se razlažu dejstvom bakterija kiselinskog vrenja na organske kiseline, pa bi trebalo tokom procesa očekivati opadanje pH-vrednosti u sistemu. Međutim, nastale organske kiseline se u trećoj fazi anaerobne obrade prevode u metan dejstvom bakterija metanskog vrenja, dakle uklanjaju se iz sistema. Na osnovu ovog što je izloženo, može se zaključiti, da je fiziološko dejstvo ove dve vrste bakterija suprotno u odnosu na promenu pH-vrednosti i ukoliko su ta dva dejstva u neprekidnoj dinamičkoj ravnoteži, pH-vrednost sistema neće se značajnije menjati i održavaće se u granicama između 6 i 8,5 što je ujedno i optimalna oblast za funkcionisanje sistema.
Ako iz bilo kojih razloga dođe do poremećaja u ravnoteži sistema to se prvenstveno odražava na aktivnost bakterija metanskog vrenja pa se u sistemu nagomilavaju organske kiseline tj. opada vrednost pH, kaže se da je bioreaktor postao ”kiseo”. Pri pH-vrednostima znatno nižim od 6, brzo dolazi do inaktivacije a zatim i do odumiranja bakterija metanskog vrenja, što ima za posledicu prekid funkcionisanja sistema za anaerobnu obradu. Prema tome, praćenjem promene pH- vrednosti u sistemu za anaerobnu obradu može se pratiti i efikasnost njegovog funkcionisanja.
Kada je reč o stabilnosti pH sredine u toku anaerobne obrade, treba imati na umu da otpadne vode sadrže komponente kao što su, na primer, aminokiseline i belančevine koje ispoljavaju amfoterni hemijski karakter i mogu da puferuju. Puferno dejstvo imaju takođe i rastvori koji sadrže neku slabu kiselinu i njenu so sa jakom bazom ili slabu bazu i njenu so sa jakom kiselinom.
Pošto u toku anaerobne obrade nastaje sirćetna kiselina, čija je koncentracija najveća, i SO2, to su u anaerobnim sistemima najznačajniji acetatni i karbonatni puferni sistemi. Najveći puferni kapacitet imaju koncentrovani puferni rastvori. Međutim, pored koncentracije, za kapacitet pufera bitan je odnos komponenata koje čine puferni sistem. Od pufernih rastvora sa jednakom koncentracijom najveći kapacitet puferovanja ima onaj u kome je odnos
[kiselina] / [co] = 1
Kao mera kompenzacione moći anaerobnog sistema uzima se njegov alkalitet, koji je definisan kao količina kiseline koju je potrebno dodati u sistem da se u njemu snizi pH-vrednost do promene boje indikatora metiloranža (rN oko 4). Alkalitet se konvencionalno izražava preko količine CaCO3 i što je alkalitet sistema veći, veća je i njegova puferna moć. Zbog ovoga je alkalitet sistema daleko značajniji parametar funkcionisanja anaerobnog procesa od pH-vrednosti. Opadanje alkaliteta može mnogo ranije pretskazati promene u funkcionisanju sistema nego vrednost pH. Ukupan alkalitet može se izračunati korišćenjem sledeće jednačine:
Ukupan alkalitet (mg CaCO3/l) = Bikarbonatni alaklitet + 0,85 0,833 Koncentracije organskih kiselina
gde je:
0,833 − konverzioni faktor
0,85 – samo 85% organskih kiselina može biti određeno titracijom uz metiloranž.
g) Toksične supstance
S obzirom na veliki značaj pojedinih vrsta i grupa bakterija u procesu anaerobne obrade, kao i na ulogu ukupnog broja mikroorganizama na intenzitet uklanjanja zagađenja u otpadnoj vodi, pored najvažnijih već pomenutih ekoloških faktora temperature i pH, od interese je razmotriti i uticaj hemijskog sastava otpadnih voda na razviće i sastav mikroflore.
Poznato je, da mikroorganizmi sintetišu sastojke svoje biomase iz elemenata i jedinjenja koje unose ishranom u svoju protoplazmu. Okolna sredina biće utoliko pogodnija za njihovo razviće ukoliko sadrži više ovih elemenata i hemijskih jedinjenja pod uslovom da nemaju toksično dejstvo.
Uopšte uzevši, sve biološke vrste osetljive su na delovanje toksičnih supstanci. Toksično delovanje tih supstanci ne zavisi samo od njihove koncentracije nego i od ostalih uslova u kojima deluju mikroorganizmi. Delovanje pojedinih toksina biće utoliko jače izraženo ukoliko se mikroorganizmi nalaze u sredini u kojoj deluju i drugi nepovoljni faktori , na primer, nepovoljna temperatura, pH, nedostatak biološko aktivnih supstanci itd.
Pošto otpadne vode industrije šećera ne sadrže toksične supstance ili, tačnije rečeno, ne sadrže ih u takvoj koncentraciji koja može uticati na razviće i razmnožavanje mikroorganizama ovde neće biti reči o klasičnim toksicima, već o sastojcima otpadnih voda koji mogu smetati razviću i razmnožavanju bakterija.
U ovom pogledu treba pomenuti supstance koje postaju toksične tek kada se pojave u većoj koncentraciji i karakteristične su u anaerobnim sistemima obrade. Ovo važi čak i za one supstance koje se inače smatraju hranom za mikroorganizme. Među te supstance, između ostalih spadaju pre svega joni metala kao što su: Na+, K+, Sa , Mg + i dr. Ove supstance postaju toksične pri koncentracijama koje obično iznose oko 1000 mg/l ili više. Uticaj različitih koncentracija navedenih jona na mikroorganizme anaerobnog vrenja prikazan je u tablici 12.
Pri regulisanju pH, mogu se u sistem za anaerobnu obradu uneti supstance u količini koje prelaze pragtoksičnosti naveden u tablici 12. To se, na primer, može desiti dodavanjem većih količina kreča ili amonijaka u cilju održavanja u sistemu pH-vrednosti u optimalnim granicama.
Kada je reč o teškim metalima treba istaći interesantnu činjenicu da proces anaerobnog vrenja podnosi znatno veće koncentracije jona teških metala od procesa aktivnog mulja. Razlog za ovo verovatno leži u tome, što se najveći deo jona teških metala istaloži u obliku sulfida jer je H2S jedan od metabolita anaerobnog vrenja.
Na kraju treba istaći, da granice toksičnosti koje su, na primer, date u tablici 12 nemaju apsolutnu važnost jer se one mogu menjati antagonizmom, sinergizmom i prilagođavanjem. Zbog toga vrednosti u tablici 12 treba uzeti samo kao orijentacione.
| Vrsta jona | stimulativno delovanje | umereno inhibitorno delovanje | jako inhibitorno delovanje |
| Na+ | 100 − 200 | 3500 − 5500 | 8000 |
| K+ | 200 − 400 | 2500 − 4500 | 12000 |
| Ca2+ | 100 − 200 | 2500 − 4500 | 8000 |
| Mg2+ | 75 − 200 | 1000 − 1500 | 3000 |
| NH3(Kao N) | 50 − 200 | 1500 − 3000 | 3000 |
| H2S | – | – | 200 |
| Joni teških metala | – | – | >1 |
E. Anaerobni procesi i postupci biološke obrade
Savremeni postupci anaerobne obrade izvode se u uređajima koji omogućavaju održavanje optimalnih uslova za delovanje mikroorganizama, što je od osnovnog značaja za mogućnost dobijanja prečišćene vode traženog kvaliteta. To su bioreaktori određene konstrukcije koji su povezani sa uređajima za bistrenje efluenata i sakupljanje gasa.
Bioreaktori, KOJI se u praksi nazivaju digestori, izrađuju se u raznim oblicima a najčešće su cilindričnog oblika. Kao konstrukcioni materijal koristi se čelik a često i beton. Mogu biti otkriveni ili pokriveni, pri čemu krov može biti fiksiran ili pokretan. Pokretan krov je konstrukciono složeniji i skuplji ali je bezbedniji jer može kompenzovati nagle promene zapremine usled neravnomernog izdvajanja gasa, kompenzuje promene dotoka i sprečava stvaranje eksplozivne smeše gas-vazduh.
Slika 12:-Šematski prikaz jednostepenog digestora sa pokretnim krovom 1 − dovod otpadne vode; 2 − odvod mulja; 3-odvod prečišćene vode; 4 − oslonci; 5 − vođica krova; 6 − ventilator; 7 − odvod gasa; 8 − maksimalni nivo punjenja; 9 − mesto za uzimanje uzoraka; 10 − otvor za ulaz čoveka; 11 − preliv; 12 − minimalni nivo punjenja; 13 − odvod gasa; 14 − odvod u sistem spoljašnjeg zagrevanja.
Izostavljeno iz prikaza
Uopšte uzevši, bioreaktori za anaerobnu obradu mogu biti diskontinu- alnog ili kontinualnog dejstva sa mešanjem ili bez mešanja. Mešanje se može izvesti mehaničkim mešalicama, recirkulacijom sadržaja (prepumpavanjem) i barbotiranjem gasa. Recirkulacija sadržaja digestora je najpovoljniji način mešanja, naročito kada se recirkulacija poveže sa sistemom za zagrevanje. Na slici 12 prikazana je šema anaerobnog bioreaktora-digestora.
Bioreaktori sa potpunim mešanjem imaju niz prednosti jer se, na primer, toksične supstance ili inhibitori koji ulaze u reaktor, ravnomerno raspoređuju po celoj zapremini reaktora, razlažu se, pa njihovo delovanje dolazi do slabijeg izražaja. Pored toga, u ovim reaktorima supstrat se nalazi u stalnom kontaktu sa ćelijama bakterija a čestice zagađenja ostaju suspendovane i ne talože se. Posebno je značajno da se u reaktorima sa potpunim mešanjem lakše postiže jednoličnost temperature po celoj masi.
Postoji više varijanti tehničko-tehnološkog rešenja anaerobne obrade:
- konvencionalni (klasični) proces anaerobne obrade
- dvostepeni proces anaerobne obrade
- kontakt proces anaerobne obrade
- dvofazni anaerobni proces
- anaerobna obrada po ANAMET sistemu
- anaerobna obrada po UASB sistemu.
1. Konvencionalni (klasični) anaerobni proces
Kod klasičnog procesa anaerobne obrade u bioreaktorima se, bez obzira na njihovu konstrukciju, sukcesivno odvijaju sve tri karakteristične faze anaerobnog vrenja: hidroliza, kiselinsko i metansko vrenje. Kako se bakterije kiselinskog i metanskog vrenja međusobno znatno razlikuju, optimalno delovanje jedne ili druge grupe zahtevalo bi znatne razlike u vrednostima parametara procesa. Zbog toga se u klasičnim postupcima anaerobne obrade mora ići na kompromis u pogledu parametara procesa. Ovaj se proces danas, zbog niza nedostataka gotovo više ne primenjuje naročito ne za veće kapacitete kakvi su u industriji šećera.
2. Dvostepeni anaerobni proces
Za razliku od konvencionalnog procesa, dvostepeni proces anaerobne obrade uključuje i taložnik čime je omogućeno izvođenje potpunog mešanja u reaktoru. U taložniku se efluent zadržava dovoljno dugo da se može postići izdvajanje mulja a istovremeno se dovršavaju i procesi biološke obrade. Dvosgepeni proces anaerobne biološke obrade prikazan je na slici 13.
gas zagrevanje ulaz aktivna zona taloženje izlaz stabilizovan mulj
Slika 13: Dvostepeni iroces anaerobne biološke obrade
Izostavljeno iz prikaza
3. Anaerobni kontakt proces
Naredna faza u razvoju anaerobnog procesa je anaerobni kontakt proces, koji je nastao po analogiji sa procesom aerobne obrade aktivnim muljem. Osnovna karakteristika ovog procesa je recirkulacija mikroorganizama anaerobnog vrenja koji su izdvojeni taloženjem u taložniku. Anaerobni kontakt proces šematski je prikazan na slici 14.
gas zagrevanje ulaz aktivna zona recikliranje mulja taloženje izlaz mulj
Slika 14:-Anaerobni kontakt proces
Izostavljeno iz prikaza
Recirkulacioni mulj, koji nosi aktivne mikroorganizme anaerobnog vrenja, meša se sa influentom pre ulaska u digestor. Pri tome dolazi do pojave bisorpcije i koagulacije koje su karakteristične i za aerobni proces. Da bi se u taložniku efluent što bolje izbistrio, tj. da bi se izvršilo što bolje taloženje digestiranog mulja, između digestora i taložnika se često postavlja degasifikator u kome se izdvaja gas preostao u efluentu koji izlazi iz digestora.
4. Dvofazni anerobni proces
Kao što je već ranije bilo pomenuto, u procesima anaerobne obrade učestvuju dve vrste mikroorganizama: bakterije kiselinskog i bakterije metanskog vrenja koje se međusobno fiziološki znatno razlikuju.
Imajući u vidu da su bakterije metanskog vrenja osetljivije na promene ekoloških faktora od bakterija kiselinskog vrenja, jasno je zašto najčešće ograničavajući faktor brzine anaerobnog vrenja predstavljaju neoptimalni uslovi za njihovo delovanje. S obzirom na različite zahteve, jednovremeno ostvarivanje optimalnog kiselinskog i metanskog vrenja teško je izvesti, pa se gotovo sam po sebi nameće postupak, koji je nazvan dvofaznim, u kome se dve osnovne faze obrade, kiselinsko i metansko vrenje, izvode u odvojenim reaktorima u kojima se održavaju optimalni uslovi za delovanje karakterističnih bakterijskih vrsta. Ovaj proces je šematski prikazan na slici 15.
ulaz kiselinsko vrenje gas metansko vrenje izlaz
Slika 15:-Dvofazni anaerobni proces
Izostavljeno iz prikaza
Zahvaljujući razdvajanju kiselinskog od metanskog vrenja postignuti su značajni efekti u brzini i efikasnosti procesa.
5. ANAMET sistem
ANAMET sistem je razvijen u Švedskoj (AV Sorigona/SSA) prvobitno za tretman otpadnih voda fabrika šećera, koji je kasnije doživeo veoma široku primenu i u drugim industrijskim granama a naročito u prehrambenoj industriji. Već krajem 60-tih godina ovog veka započela su istraživanja kod akcionarskog društva švedskih fabrika šećera (Svenska Sockerfabriks AV) o mogućnostima prečišćavanja otpadnih voda biološkim anaerobno-aerobnim tretmanom. Ova ispitivanja dovela su 1972.godine do prvog u industriji šećera izvedenog zatvorenog i dobro kontrolisanog anerobnog stepena prečišćavanja.
Naziv ANAMET sastavljen je od inicijalatri reči: anaerobni-aerobni-metan gas. Principijelna šema kompletnog ANAMET postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda prikazana je na slici 16.
To je u suštini jedan anaerobno-aerobni proces kod koga se razgradnja organskog zagađenja pretežno obavlja u anaerobnoj fazi. Prečišćavanje po ANAMET postupku započinje anaerobnom digestijom u toku koje se šećer transformiše u organske kiseline a zatim u metan, pri čemu u ovoj fazi dolazi do smanjenja VRK5 za 70%-90%. Preostalo organsko zagađenje razgrađuje se aerobnim tretmanom do krajnje vrednosti VRK5 prečišćene vode.
Otpadna voda pre ulaska u ANAMET postrojenje zagreje su u razmenjivaču toplote na 35°C-40°C (optimalna temperatura je 37°C). Posle zagrevanja otpadna voda se odvodi na anaerobni tretman, koji se odvija najčešće u digestoru izrađenom od čelika. Digestor je opremljen mehaničkom mešalicom da bi se mikroorganizmi održali u suspenziji i da bi se otpadna voda koja ulazi dobro izmešala sa vodom u digestoru. U digestoru se kontroliše temperatura i pH. Otpadna voda, zajedno sa bio-muljem, odvodi se u degazator da bi se izbegle smetnje koje gas može izazvati kod sedimentacije, koja sledi posle degazacije. Anaerobni mulj se izvodi pre nego što voda pređe u aerobnu fazu i vraća ponovo u anaerobnu fazu procesa.
Aerobna faza se odvija u betonskom ili zemljanom bazenu uz površinsku ili submerznu aeraciju. Sedimentacija aerobnog bio-taloga vrši se u sedimentacionom ili lamelastom dekanteru, odakle se vraća u aerobni a višak odvodi u anaerobni reaktor. Ovo vraćanje taloga dovodi do smanjenja ukupne produkcije mulja i povećanja pufernog kapaciteta anaerobnog procesa. Takođe, nastajanjem aminokiselina i vitamina iz prevrelog mulja, koji je vraćen u anaerobni reaktor, obogaćuje se ulazna otpadna voda hranljivim materijama, čime se ubrzava rast i aktivnost anaerobnih mikroorganizama.
Slika 16: Šema „ANAMET” postrojenja 1 − dovod otpadne vode; 2 − razmenjivač toplote; 3 − anaerobni tank; 4 − tank za izdvajanje gasa i povratnu flokulaciju; 5 − lamelasti taložnik; 6 − aerobni bazen; 7 − bazen za aerobno bistrenje; 8 − odvod prečišćene vode; 9 − odvlačenje stabilizovanog viška mulja; 10 − sigurnosni sistem za rukovanje gasom; 11 − gorionik; 12 − bpogas za sagorevanje
Izostavljeno iz prikaza
ANAMET sistem, kao jedan od postupaka biološke obrade otpadnih voda, ima i prednosti, ali i nedostataka. Dobra strana ANAMET postupka je mala potrošnja energije, što je opšta karakteristika anaerobnih postupaka. Pored toga, kod anaerobnih postupaka više od 80% hemijski vezane energije prevodi se u metanski gas koji se može koristiti kao energetski izvor za podmirenje energetskih potreba samog postrojenja ili drugde. Količina mulja koja nastaje kod ANAMET postupka je vrlo mala. Mulj nastao u anaerobnim postupcima obrade je stabilan pa je njegov dalji tretman znatno jednostavniji. Pored navedenih, u dobre strane ovog postupka treba još ubrojati visok stepen krajnje prečišćenosti otpadnih voda i nemanje potrebe za dodatkom nutrimenata.
U poslednje vreme primena ANAMET sistema se smanjila uglavnom zbog razvoja novih sistema, koji imaju još kraće vreme zadržavanja otpadnih voda u digestoru pa su investiciono povoljniji. Međutim, najveći nedostatak ANAMET sistema pri tretiranju otpadne vode industrije šećera je pojava velike količine istaloženog kalcijum-karbonata u digestoru. Naime, ustanovljeno je da nakon nekoliko godina rada sistema, kristališe velika količine kalcijuma u obliku kalcijum-karbonata čije je evakuisanje iz digestora vrlo teško i zahteva velike troškove.
6. UASB sistem (Upflow anaerobic sludge blanket)
Između velikog broja anaerobnih postupaka novije generacije, više od drugih imao je uspeha u prečišćavanju industrijskih otpadnih voda UASB sistem. On je prvobitno razvijen za prečišćavanje otpadnih voda indusgrije šećera gde je doživeo i prvu praktičnu primenu. Kasnije je bio primenjen za prečišćavanje otpadnih voda iz industrije skroba, piva, mleka, klanične i fermentacione industrije kao i industrije za preradu voća.
To je anaerobni sistem sa lebdećom biomasom, koja ima vrlo dobre sedimen- tacione karakteristike zbog čega ostaje u donjem delu reaktora i samo jako mali deo biomase izlazi sa vodom iz reaktora. Biomasa je u obliku granula koje se, pri protoku vode kroz reaktor odozdo nagore, nalaze u stalnom pokretu, čime se ostvaruje velika površina kontakta biomase i supstrata, što je od značaja za efekat razgradnje zagađenja. Mehaničko mešanje nije potrebno budući da se ono u reaktoru izvodi samim dotokom vode i bpogasom koji se stvara u aktivnom sloju reaktora.
UASB reaktor može da primi jako velika hidraulička i organska opterećenja uz visok stepen razgradnje organskih materija. Hidrauličko opterećenje je moguće i do 5 po jednom kubnom metru zapremine reaktora na dana a organsko do 30 kg HPK/m3 dan. Dobre strane ovog sistema su:
- prirast biomase (mulja) je vrlo mali, pa je zbog toga manje problema sa suvišnim muljem.
- Biomasa može vegetirati vrlo dugo (i do dve godine) bez bilo kakve hrane (bez dotoka otpadne vode), pa je ovaj sistem vrlo pogodan za obradu industrijskih otpadnih voda industrija sezonskog karaktera kao što je slučaj, na primer, sa industrijom šećera.
- U odnosu na ostale anaerobne sisteme potrebna je znatno manja zapremina reaktora, što je investiciono vrlo povoljno.
- Ovaj sistem ima od svih poznatih anaerobnih sistema najveću produkciju bpogasa (do 9 m3 po jednom kubnom metru zapremine reaktora dnevno).
- Kalcijum se akumulira u biomasi, pa ne sedimentira na dnu reaktora u obliku CaCO3 kao kod ostalih anaerobnih postupaka.
Slaba strana ovog sistema je u tome, da se relativno sporo adaptira na promene karakteristika otpadnih voda. Međutim, to za industriju šećera nije od značaja budući da se otpadna voda prethodno u lagunama homogenizuje, tako da se njen kvalitet menja relativno sporo.
8. Glava organizovanјe pogona šećerane
A. Organizovanјe i kontrola pogona u kampanјi (1)
1. Tehničko rukovodstvo fabrike
Tehničkim poslovima i tehnološkim postupkom rukovodi tehnički direktor fabrike šećera. Tehnički direktor mora biti lice sa visokom školskom spremom i sa dovoljno godina prakse u šećerani, tako da dobro poznaje sve procese i operacije koji se vrše ili se primenjuju pri preradi repe, da poznaje sve probleme organizovanja, psihologije, higijene i zaštite rada, i da je dobro upoznat sa ekonomikom proizvodnje šećera.
Dobri ekonomski rezultati u proizvodnom postupku predstavljaju bitan preduslov za uspešan rad celog preduzeća, a to u znatnoj meri zavisi od aktivnosti, od preduzetih mera i prvenstveno od pravilnih odluka tehničkog direktora.
Pored dobrog poznavanja tehnološkog postupka, tehnički rukovodilac fabrike mora biti dobro upoznat i sa mašinskim i elektrotehničkim uređajima pogona kako bi mogao pravilno planirati unapređenje proizvodnje i dolaziti u svim pitanjima do ispravnih zaključaka.
Kod iznenadnih i nepredviđenih smetnji tehnički direktor mora biti odlučan i imati znanje i sposobnost da izabere najbrži i najuspešniji put za odstranjivanje svih kvarova. I tek kad pokaže da u svim situacijama nalazi najbolja rešenja, da prednjači požrtvovanošću i zalaganjem, da ima pravilan stav prema radnicima i saradnicima, da je samostalan i inicijativan, ali da se savetuje sa radnicima i uzima u obzir njihove predloge i mišljenja u pogledu poboljšanja rada, da je dosledan ali ne i bezrazložno uporan, da je pristupačan i društven, da je staložen i jasan u izdavanju zadataka i da ima sposobnost za održavanje radne discipline bez grubosti − tek onda može steći poverenje kolektiva i s punim uspehom rukovoditi pogonom.
Najvažniji zadatak tehničkog direktora u kampanji u tome je da se pri preradi optimalno iskoristi sirovina i da se uz najmanje troškove postigne najveće moguće iskorišćenje na finalnom proizvodu.
Tehnički direktor treba da bude rasterećen od sporednih poslova, kako bi se mogao studiozno posvetiti tehnološkim problemima, koji su i raznovrsni i mnogobrojni, a njihovo rešavanje obično zahteva duže vreme. Na te zadatke tehnički direktor treba da usredsredi sve svoje sposobnosti i uloži sve svoje znanje.
2. Rukovođenje pogonom i njegova kontrola
Pogon fabrike šećera je vrlo složen, u njemu su zastupljene gotovo sve tehnološke operacije, sa nizom raznovrsnih uređaja i mašina, kao u malom broju industrija, i zato tehničko osoblje koje rukuje delovima pogona mora imati visoke kvalifikacije. Svi hemijski procesi i tehnološke operacije zahtevaju stalan nadzor i kontrolu kako bi se nastali poremećaji što pre otklonili i kako bi se izbegli gubici vezani za prekid proizvodnje. Pored toga, šećerna repa, kao sirovina za proizvodnju šećera, ima promenljiv sastav, osobine i kvalitet, koji se menja od godine do godine, a vrlo često i u toku jedne kampanje, što zahteva prilagođavanje’ tehnološkog postupka osobinama repe, a isto tako i određenu širinu i razumevanje rukovodećeg tehničkog osoblja.
Kod fabrika šećera opremljenih savremenom tehničkom opremom potrebno je više specijalizovanih službi, koje obavljaju uži specijalisti. Ove službe mogu se podeliti na sledeći način:
- Služba analitičke kontrole pogona
- Služba tehnološke kontrole pogona
- Služba mašinske kontrole pogona
- Služba elektrotehničke kontrole pogona.
S obzirom na važnost navedenih službi, iznećemo u daljem izlaganju neke od njihovih osnovnih zadataka.
a) Služba analitičke kontrole pogona
Analitička kontrola pogona vrši se u hemijskoj laboratoriji šećerane, koja mora biti jedinstven pomoćni organ tehničkog rukovodstva za kontrolu svih faza proizvodnje u kampanji i za kontrolu svih sirovina koje obezbeđuje fabrika u vankampanjskom periodu za nesmetan tok prerade repe. Iz gornjih razloga hemijska laboratorija mora biti dobro organizovana i snabdevena savremenom laboratorijskom opremom. Službom analitičke kontrole u industriji šećera treba da rukovodi specijalizovani diplomirani inženjer tehnolog (ili hemičar), koji, pored dobrog poznavanja svih karakteristika tehnološkog postupka prerade repe, ima izrazit sami CaO za primenjenu i adaptiranu analitiku, kako bi tehničko rukovodstvo moglo da dođe do pouzdanih analitičkih podataka potrebnih za pravilno rukovođenje pogonom.
U toku kampanje analitičku kontrolu obavlja ekipa tehnologa ili tehničara i laboranata, koji moraju dobro poznavati analitiku industrije šećera. Laboratorijska služba mora biti besprekidna, što znači da svaka smena ima svoju ekipu sa dovoljnim brojem pomoćnog osoblja, koja po unapred utvrđenom programu vrši kontrolne analize sirovina, proizvoda i međuproizvoda iz pogona.
Osim uobičajenih pogonskih analiza, u laboratoriji se vrše i analize koje služe kao osnova tehnoloških proračuna. Među njih spada određivanje sadržaja šećera, pepela i suve supstance svih finalnih proizvoda, međuproizvoda i sporednih proizvoda, zatim analize svih pomoćnih materijala, S02-gasa, uglja, koksa, krečnjaka i dr. Ove analize treba vršiti sistematski da tehničko rukovodstvo u svakom momentu raspolaže njihovim rezultatima kako bi se lakše pronašli uzroci izvesnih smetnji u pogonu.
Međutim, treba voditi računa o tome da hemijska laboratorija ne bude preopterećena masovnim analizama, jer bi se mogla oslabiti kontrola pogona u celini.
Za analitičku kontrolu podjednako je važno uzimanje uzoraka za analizu i njihovo ispitivanje. Kod proizvoda promenljivog sastava ili nepostojanih bolje je uzimati više uzoraka i njih odvojeno analizirati nego vršiti analizu prosečnog uzorka, jer se na taj način mogu bolje zapaziti kolebanja u pogonu. Analizu prosečnih nepostojanih uzoraka treba vršiti što brže i podatke poslati rukovodiocima pogona, da bi oni uvek bili informisani o toku prerade u pojedinim fazama. Pošto od uzimanja ispravnog uzorka za analizu zavisi tačnost informisanja tehničkog rukovodstva o stanju prerade u pojedinim fazama, potrebno je da rukovodilac smene u laboratoriji češće nadzire uzimanje uzorka, i to naročito za kritične međuproizvode.
Analitičke metode za industriju šećera dobro su razrađene, one su većinom standardizovane, ali se i dalje usavršavaju. Iz ovoga se ne sme zaključiti da analitičku kontrolu pogona može da vrši i priučeno nekvalifikovano osoblje. Naprotiv, i za vršenje najjednostavnije analize potrebna je stručna školska sprema i tačno poznavanje teorijskih osnova analize, a isto tako i poznavanje načina kontrole laboratorijskih aparata o tačnosti i ispravnom funkcionisanju. Osim toga, samo stručno lice može oceniti koje su analize važne za pogon, a koje su od manje važnosti, a isto tako i gde mogu biti izvori grešaka ako se dođe do nekih anomalnih rezultata. Za opštu ocenu proizvodnje šećera važno je da se laboratorijska kontrola u svim fabrikama vrši po jedinstvenim metodama kako bi se rezultati mogli međusobno upoređivati.
Ako se u fabričkim laboratorijama vrše ispitivanja radi objašnjavanja nastalih pojava i smetnji u pogonu, ona moraju biti najsavesnije pripremljena i obavljena, i to po mogućstvu držeći se uslova kakvi su u pogonu, jer se u protivnom rezultati neće moći primenjivati u praksi, a ako se i primenjuju, mogu dovesti do još većih smetnji i teškoća. Zato je bolje da se rešavanje težih problema poveri odgovarajućim specijalizovanim institutima, koji imaju neposrednu vezu sa industrijskom praksom, utoliko pre što fabričke laboratorije u kampanji nemaju dovoljno vremena da se posvete rešavanju ovakvih pitanja.
Vanrednom problematikom kontrole proizvodnje koja se pojavi u toku kampanje, a zahteva vršenje specijalnih analiza, bavi se šef laboratorije.
Služba analitičke kontrole pogona vodi posebnu kampanjsku knjigu, u koju se unose svi rezultati kontrolnih analiza izvršenih za vreme kampanje. Ovi rezultati moraju biti naučno objektivni i što pouzdaniji, jer oni služe u prvom redu za neposredno rukovođenje pogonom šećerane, i, što je jednako važno, na njima se zasniva kontrola rada putem materijalnog bilansa.
b) Služba tehnološke kontrole pogona
Služba tehnološke kontrole pogona ima zadatak da rukovodi tehnološkim postupkom i kontrolom njegovog toka u svim fazama. Nјu obavlja grupa inženjera i tehničara tehnologa i kvalifikovanih radnika, i to neprekidno u svakoj smeni, što znači, danju i noću. Ova služba se stara da se kapacitet fabrike i sirovina što bolje iskoriste i da kvalitet finalnog proizvoda odgovara postavljenim zahtevima. U savremenim fabrikama sve faze tehnološkog postupka kontrolišu se i regulišu posebnim instrumentima i automatskim uređajima. Zato kvalifikovano osoblje na pojedinim stanicama pazi na rad ovih instrumenata, evidentira rezultate i u slučaju nepravilnosti obaveštava pogonskog rukovodioca, koji odabire način odstranjenja nedostataka.
Ova služba vodi evidenciju svih podataka o tehnološkom postupku, sastavlja dnevne izveštaje pogona i vodi dnevnik kvarova i smetnji koji se pojavljuju za vreme kampanje.
U dnevnik smetnji, koji se vodi u posebnoj knjizi, beleže se svi, i najmanji, zastoji, i to kako cele fabrike, tako i pojedinih stanica i mašina, pri čemu se navode i uzroci tih kvarova. Po završenoj kampanji napravi se pregled zabeležaka iz dnevnika, pa se na osnovu tih podataka može donekle proceniti kako je bio izvršen remont postrojenja za kampanju. Osim toga, pregled daje orijentaciju u pogledu obraćanja veće pažnje pri remontu fabrike za narednu kampanju u cilju njenog boljeg osposobljavanja. Iz podataka u dnevniku smetnji često se može uočiti na kojem se mestu mogu izvršiti rekonstrukcije pogona koje će dovesti do poboljšanja ekonomike proizvodnje, pri čemu se ponekad mogu postići bolji rezultati nego planiranjem širih rekonstrukcija.
v) Služba mašinske kontrole pogona
Služba mašinske kontrole pogona ima zadatak da kontroliše i održava sve uređaje i mašine za mehanički rad i da prati rad uređaja za proizvodnju toplotne energije. Nјu obavlja grupa tehničara i kvalifikovanih radnika, kojom rukovodi mašinski inženjer. Grupa mora biti sastavljena od osoblja s praksom, koje može svaki kvar brzo da odstrani. Pod kontrolom te grupe nalaze se uređaji za proizvodnju pare, svi transportni uređaji, parne turbine, mešalice, centrifuge i dr.
g) Služba elekšrošehničke kontrole pogona
Služba elektrotehničke kontrole pogona vrši nadzor nad elektrogeneratorima, elektromotorima, transformatorima, uređajima za kopčanje, mrežom za razvod električne energije i mrežom za osvetljenje. U okviru ove službe može se formirati grupa za održavanje uređaja koji rade sa slabom strujom, kao što su merni instrumenti i regulatori i elektronski uređaji. Ovu službu vrši grupa tehničara i kvalifikovanih električara, kojom rukovodi elektrotehnički inženjer.
Osoblje koje radi u navedenim službama mora biti školovano i stručno za službu koju obavlja, mora imati osnovna teorijska znanja i znanja stečena praksom, i mora dobro poznavati uređaje koje treba da kontroliše. Treba nastojati da se znanje tog osoblja dopunjava, pa mu u tom cilju treba omogućiti da prati stručnu literaturu, da posećuje seminare na kojima se obrađuju nova tehnička dostignuća, i da posetom srodnih preduzeća u zemlji i inostranstvu proširuje poznavanje svog radnog područja.
Osim toga, fabrika treba da omogući proširivanje znanja svojem tehničkom osoblju održavanjem namenskih predavanja sa objašnjavanjima pojedinih faza u tehnološkom postupku i vođenjem diskusija o tehničkim i tehnološkim problemima pogona. Na taj način se specijalizovanom osoblju jedne službe pruža mogućnost da se upozna sa principima rada i problematikom druge specijalizovane službe, čime se osoblje svakako osposobljava za bolje i intenzivnije uključivanje u kompleksnu problematiku celog pogona.
3. Racionalizacija proizvodnje šećera
Pod racionalizacijom se smatra skup mera koje omogućuju ekonomičnije iskorišćenje kapaciteta fabrike, a isto tako ekonomski opravdano povećanje kapaciteta s minimalnim investicijama.
U vezi s prvim problemom u industriji šećera postoje dva osnovna zadatka i to: maksimalno iskorišćenje šećera iz repe, koje zahteva stalno proučavanje i unapređivanje tehnološkog postupka, i maksimalno moguće iskorišćenje kapaciteta fabrike. Maksimalnim iskorišćavanjem kapaciteta fabrike skraćuje se kampanjski period prerade repe, što utiče na sniženje pogonskih troškova, a pored toga se poboljšava i iskorišćenje šećera, jer se repa može preraditi u najpovoljnijem vremenu, odmah posle sazrevanja, i sa minimalnim gubicima pri lagerovanju. Desi li se slučaj da se prerađuje repa vrlo dobrog kvaliteta, kapacitet prerade može se povećati iznad predviđenog, ali pri tom treba paziti da se postrojenja i uređaji opterete do racionalne granice koja omogućuje ravnomernu preradu bez smetnji.
Po pravilu, teškoće i smetnje pri preradi mogu se očekivati samo od strane kvalitativnih promena u repi, na primer, usled inficiranosti ili promrzlosti repe, dok smetnji izazvanih slabim remontom ili loše izvršenom rekonstrukcijom ne bi smelo biti. Prema iskustvu teškoće obično nastaju u početku kampanje usled nedovoljne pažnje pri remontu i na kraju kampanje usled prerade delimično alterirane repe. Uoči li se mogućnost za povećanje kapaciteta fabrike racionalizacijom proizvodnje s malim invesgicijama, treba u prvom redu dobro proučiti sve ekonomske momente. Na primer, povećanje kapaciteta zahteva proširivanje repinog rejona radi potrebe za većom količinom sirovine, a ovo povlači povećanje transportnih troškova i verovatno povećanje istovarnih kapaciteta. Kad objektivna ekonomska analiza pokaže da su uštede koje će nastati povećanjem kapaciteta veće od povećanih izdataka, tek onda dolazi u obzir povećanje kapaciteta.
Za racionalizaciju proizvodnje naročito je važno uvođenje unutrašnjih tehničkih normi za opšte mašinske delove, za ventile i cevovode, za elektromotore i pogonske sklopke, za transportere, za zagrevne cevi razmenjivača toplote, otparivače i vakuum-aparate, za repine rezalice, kutije za noževe i noževe, za filtar-prese, za centrifuge i slično. Zavođenjem unutrašnjih normi znatno se olakšava rad na remontu i na otklanjanju kvarova u toku kampanje, a mogu se smanjiti i izdaci za stvaranje fonda rezervnih delova.
Znatan uticaj na racionalizaciju može imati poznavanje i otklanjanje uskih grla u pogonu, čemu pomaže određivanje potrebnog vremena za sve operacije i procese. Orijentaciju o približnom trajanju pojedinih faza pri preradi repe pokazuju sledeći podaci:
- plavljenje, pranje i rezanje repe 10,5 min.
- difuzija 75,0 min.
- predefekacija i defekacija 13,2 min.
- prva saturacija 5,5 min.
- druga saturacija 7,6 min.
- zagrevači soka 6,5 min.
- filtracija soka 5,8 min.
- rezervoari 5,2 min.
- cevovodi 4,2 min.
- otparna stanica 16,5 min.
- odbojavanje i filtracija gustog soka 6,0 min.
- sabirni rezervoari gustog soka 50,0 min.
Ukupno vreme prerade do gustog soka 206,0 min.
Uzmemo li da kuvanje, hlađenje, centrifugovanje, sušenje i sortiranje kristala traju još oko 12 časova, onda he već za 15 − 17 časova od početka prerade repe oko 50% unešenog šećera biti uskladišteno kao beli konzumni šećer.
Ukaže li se potreba da se prerada repe forsira bez obzira na smanjenje iskorišćenja i sniženje kvaliteta, tada se mora naročito paziti na preopterećenost transportnih i pogonskih uređaja, na kojima mogu nastati velike smetnje.
Pri uvođenju novih postrojenja obično se pojavljuju teškoće dok se ne skupi dovoljno iskustva i dok se pogon ne normalizuje. Zato ne treba na osnovu početnih neuspeha donositi prebrzo zaključke ili klonuti duhom, nego treba studiozno proučavati karakteristike uređaja i adaptirati njegov rad karakteristikama pogona.
Prilikom rada na rekonstrukciji pogona treba nastojati da nov razmeštaj aparata omogućuju lako održavanje čistoće radi sprečavanja razmnožavanja mikroorganizama. Ovaj zadatak je prilično težak s obzirom na činjenicu da šećerana radi s velikom količinom relativno prljave sirovine i da iz pogona odlazi mnogo zaprljane vode. Pri rešavanju ovog problema treba znati da šećerana proizvodi jednu od najvažnijih životnih namirnica za svakodnevnu upotrebu čoveka i da higijena mora biti na zavidnoj visini.
Radeći na rekonstrukciji treba voditi računa i o estetskom izgledu fabrike, ali svakako ne na štetu ekonomičnosti proizvodnog postupka. Pored toga, važno je naći rešenje za dobru aeraciju i klimatizaciju radnih prostorija, jer se time može u znatnoj meri uticati na produktivnost rada, ovo utoliko pre što pri lošim rešenjima u tom pogledu mogu uslovi rada, s obzirom na karakteristike proizvodnje, biti ne samo nepovoljni nego i direktno štetni po zdravlje radnika.
4. Održavanje i remont fabričkih uređaja
U industriji šećera sve su faze u tehnološkom postupku međusobno povezane i čine jedinstven lančani sistem. Usled toga svako zastajanje u radu nekog uređaja ili grupe mašina povlači za sobom prestanak rada jednog dela pogona, a često i cele fabrike. Zato je naročito važno da se osigura neprekidan tok prerade, što se može postići jedino besprekornom opravkom uređaja i mašina, neprekidnom brigom o njima i savesnim održavanjem..
Dobra opravka i savesno održavanje omogućuju da mašine i uređaji dugo traju i da rade ekonomično. Osim toga, na taj način sprečavaju se kvarovi i zastoji u radu uređaja, čime se izbegavaju gubici koji mogu nastati u sirovini, u međuproizvodu i uglju.
Pod normalnim uslovima trajnost i upotrebljivost mašina i pojedinih delova zavise od njihove prirodne deformacije i prirodnog trošenja. Međutim, ako uređaji rade u nenormalnim uslovima, ako je njihova montaža pogrešna, ako se prilikom izrade i obrade delova ne postupa pažljivo, ako kvalitet materijala za delove ne odgovara potrebnom opterećenju mašine, ili ako se mašina ne popravlja savesno i ne održava uredno, mogu se javiti vanredne deformacije, vanredno trošenje delova, iznenadni kvarovi i zastoji mašina i uređaja, koji su, po pravilu, skopčani s vrlo velikim izdacima. Zato se u cilju obezbeđenja sigurnosti pogona i produžavanja trajnosti mašina mora posvetiti naročita briga njihovoj kontroli, povremenim opravkama i ispitivanjima funkcionisanja, po savremenim metodama. Ovaj po CaO obično vrši grupa visokokvalifikovanih radnika koji su zaduženi za održavanje i nadzor nad mašinama i uređajima.
Ispitivanje mašina vrši se jedanput ili dvaput dnevno, pri čemu se kontroliše rad pojedinih funkcionalnih delova, na primer, ventila, uređaja za podmazivanje, ležišta za osovine ili kontrolnih instrumenata. Primete li se bilo kakve promene na uređajima ili njihovim delovima, one se moraju odmah dovesti u normalno stanje. Ovde se može reći da je jedan od čestih razloga slabog rada uređaja i mašina i njihovog zastoja pojava korozije, kojoj pogoduju proizvodni uslovi u fabrikama šećera. Zato treba delove uređaja često podmazivati i čistiti.
Prilikom planskog spajanja šećerane, na primer, pri čišćenju otparne stanice, dobro je da se kritične mašine i uređaji rastave na delove, da se svi delovi ispitaju, i ako je potrebno, da se poprave i dovedu u ispravno stanje. Tom prilikom obično se menjaju federi, zavrtnji, matice i drugi sitniji delovi. Tada se pregledaju i doteruju ležišta za osovine, cilindri, klipovi i klipne karike, zupčanici i ventili.
Planski remont vrši se po završetku kampanje i sastoji se od dve vrste radova. U prvu vrstu radova spadaju opravke koje se vrše posle ispitivanja uređaja ili na bazi zapažanja u kampanji, a u drugu vrstu radovi na održavanju mašina koji se vrše po propisima za određene periodične preglede i ispitivanja, kao što su, na primer, parni kotlovi, parne mašine i turbine.
Radovi na posle kampanjskom generalnom remontu mogu se podeliti na tri dela, i to:
- prvi deo obuhvata pražnjenje i ispuštanje vode iz mašina i uređaja i njihovo demontiranje;
- drugi deo predstavlja čišćenje, opravka, sastavljanje i ispitivanje mašina i uređaja, što se smatra operativnim remontom;
- treći deo predstavlja pogonsku probu uređaja, i to pojedinačno, grupno i u vidu generalne probe cele fabrike.
Pre završetka kampanje tehničko odeljenje sastavi spisak stalnih radnika, koje podeli u brigade i svakoj brigadi odredi delokrug rada. U prvoj fazi remontnih radova, koja traje 10 − 14 dana, tehnička služba mora sastaviti plan remonta. On se sastavlja na bazi statistike o utrošenim časovima za opravku pojedinih uređaja i mašina u prošlim godinama, na bazi beležaka o radu uređaja u kampanji i na bazi ispitivanja pojedinih delova mašina posle demontaže i sastavljanja. Prilikom izrade plana remonta uzimaju se u obzir sve predviđene rekonstrukcije, tako da vreme svih remontnih operacija mora biti realno ocenjeno. S planom remonta moraju biti detaljno upoznate radne brigade, kako bi na vreme dovele u ispravno stanje svoj deo fabrike.
Istovremeno s planom remonta tehničko odeljenje sprema pregled i vrši nabavku materijala potrebnog za njegovo izvršenje. Osim toga, tehnička služba priprema crteže i modele za delove uređaja koji će se izraditi u sopstvenim radionicama, daje uputstva za opravku pojedinih delova mašina ili uređaja, kao i plan upotrebe pojedinih mašina − radilica.
Kada su sve pripreme za remont završene, počinje operativni deo remonta. Tehnološke brigade dovode u red sve aparate i uređaje sa malim brojem pokretnih delova, kao što su difuzeri, saturateri, zagrevači, otparivači, filtri i vakuum-aparati. Mašinske brigade dovode u ispravno stanje sve pokretne uređaje, kao što su transporteri, dizalice, pumpe, centrifuge i dr. Električarske brigade kontrolišu i dovode u ispravno stanje celu mrežu za pogon i osvetljenje, kao i sve elektromotore i generatore. Posebna brigada kontroliše i popravlja instrumente, regulatore i automate. Brigada u radionici radi potrebne poslove za sve ostale brigade.
Operativni deo remonta mora biti završen do planiranog roka. Tada se pristupa probnom pogonu pojedinih mašina, a zatim grupa mašina, dok se aparati ispituju pomoću pritiska. Po završetku pojedinačnih i grupnih ispitivanja fabrika se pušta u jednodnevni pogon sa toplom vodom i parom, što predstavlja generalnu probu. Ukažu li se na generalnoj probi neke greške, one se moraju potpuno odstraniti, i tada se fabrika smatra spremnom za kampanju.
Podelu osoblja na radne brigade, veličinu brigada, obračune, kontrolu radova i preuzimanje radova vrši svaka fabrika prema lokalnim prilikama, u zavisnosti od kvalifikovanosti kadrova i obima planiranih radova. U svakom slučaju, remont i opravka fabrike moraju biti izvršeni na vreme, savesno i kvalitetno, jer od toga zavisi sigurnost pogona u kampanji.
5. Odbrana od požara
a) Opasnost od požara u šećerani
Važan zadatak šećerane predstavlja obezbeđenje zgrada, magacina i svih objekata u sklopu fabrike od požara, i to kako za vreme kampanje, tako i u vankampanjskom periodu. Površnim posmatranjem moglo bi se pogrešno zaključiti da industriji šećera ne preti naročita opasnost od požara. Međutim, postojanje objekata kao što su kotlovnica, električna centrala, sušnica rezanaca, magacini benzina, mazivnih ulja, šećera, suvih rezanaca i vreća itd. povećava opasnost od požara. Za vreme kampanje nariočito je za požar opasna šećerna prašina, koja nastaje u sušnici šećera i u šećernom mlinu. Osim toga, samozapaljenje može nastati na skladištu uglja, u magacinu suvih rezanaca, pa čak i kod melase. Pored direktne štete, svaki požar ugrožava i ostale, susedne objekte.
Premda šećerane ispunjavaju sve protupožarne propise i posvećuju veliku brigu odbrani od požara, ipak se za vreme kampanje opasnost od požara povećava, jer fabrika prima na rad sezonske radnike, koji ne poznaju predviđene protupožarne mere, a često ih se i ne pridržavaju.
b) Uzroci nastajanja požara
U fabričkoj zgradi uzroci požara mogu biti sledeći: pregrejavanje osovinskih ležišta na mašinama, samozapaljenje odbačenih krpa natopljenih uljem, kratki spoj, nesmotreno pušenje, udarac groma i namerno podmetnut požar.
U prostorijama gde se nalaze sušnica i mlin za šećer i uređaji za prosejavanje šećera ima uvek u vazduhu velika količina šećerne prašine, koja može izazvati požar, pa čak dovesti i do eksplozije. U kotlovnici postoji opasnost od eksplozije, a samim tim i opasnost od požara. U električnoj centrali požar mogu izazvati kratki spoj, izbacivanje varnica sa četkica na generatoru i električni naboj pogonskog remenja.
Radionica za obradu drveta puna je lako zapaljivog materijala drveta, iverja i piljevine. U vazduhu radionice za održavanje automobila nalazi se velika količina benzinskih para, koje se mogu zapaliti ili eksplodirati usled pojave varničenja pri ispitivanju motora. Požar u magacinu s materijalom može prouzrokovati nepažljivo pušenje i kratki spoj. U laboratoriji može nastati požar pri radu s lako zapaljivim organskim rastvaračima. Osim toga, kao što je već rečeno, pojedini materijali kao ugalj, suvi rezanci, melasa i blankit, pod određenim uslovima, podležu samozapaljivosti i na taj način ugrožavaju fabričke objekte od požara.
v) Propisi za zaštitu zgrada od požara
Svaka zemlja ima određene građevinske propise za izgradnju fabričkih zgrada. U nekim zemljama je, na primer, predviđeno da razdaljina između pojedinih objekata ne sme biti manja od 20 m. Ako se objekti grade u sklopu, predviđeno je da budu odeljeni požarnim zidovima, koji nadvisuju krov do 30 cm. Danas se može reći da je opšti princip za izgradnju objekata fabrike šećera da oni budu izgrađeni od nezapaljivog materijala. Prema tome, zidovi treba da su od betona, kamena i opeke, vrata, dovraci i prozori mogu biti gvozdeni ili betonski, krovna konstrukcija treba da je gvozdena, a krov od azbest-cementnih ploča. Vrata u protupožarnim zidovima moraju biti gvozdena, sa automatskim zatvaračem. Ako su magacini spojeni pomoću mostova sa glavnom fabričkom zgradom, moraju biti s obe strane mosta snabdeveni gvozdenim vratima. Magacini za benzin i mazivna ulja moraju biti izgrađeni prema postojećim propisima za lako zapaljive materijale.
g) Mere obezbeđenja fabrike od požara za vreme kampanje i remonta
Osnovni princip obezbeđenja od požara je u tome da se u svaku prostoriju i na svako mesto u fabrici gde postoji opasnost od izbijanja požara dovede voda, montira hidrant i smesti ormančić s vatrogasnim crevom potrebne dužine s odgovarajućom mlaznicom. Osim toga, u blizini treba smestiti i ručni aparat za gašenje požara. Hidrant, ormančić i ručni aparat za gašenje požara treba da budu na pristupačnom mestu i da su obojeni lako uočljivom bojom. Oni mogu biti predviđeni za obezbeđenje maksimalne površine od 500 m2.
Osoblje koje rukuje zapaljivim mazivim uljem mora pri podmazivanju mašina paziti da se ulje ne prosipa po podu, a isto tako treba da vodi računa o smeštaju krpa i kučina natopljenih uljem, koje se ne smeju držati u fabrici, nego u zatvorenim limenim posudama u dvorištu fabrike, jer se oksidacijom ulja zagrevaju i mogu da se zapale.
Da bi se izbegli kratki spojevi, treba paziti da električni sprovodnici ne budu preopterećeni, dok osigurači moraju biti tako konstruisani i montirani da ne mogu prouzrokovati požar. Pušenje je kao izvor opasnosti od požara, u fabričkim zgradama, a naročito u magacinima, strogo zabranjeno, što mora biti istaknuto na vidljivim tablama sa odgovarajućim natpisom.
Fabričke zgrade treba snabdeti dobrim i dobro održavanim gromobranima, kako bi se eliminaciom taj izvor požara. Prostorije mlina za šećer treba da su potpuno odeljene od ostalih fabričkih prostorija, da imaju elektromotore i električni pribor zatvorenog tipa, da su im električne sijalice u zatvorenim staklenim balonima i da je ceo električni uređaj dobro uzemljen. Kotlovnica mora, takođe biti snabdevena električnim uređajima zaštićenim od izbijanja varnica.
Pomoćne radionice treba stalno čistiti da se ne bi nagomilavao lako zapaljivi materijal.
Sadrže li suvi izluženi rezanci više od 14% vlage oni se zagrevaju usled razvitka mikroorganizama i biofermentativnih procesa do te mere da se ugljenišu, zapale i u prisustvu dovoljne količine vazduha sagorevaju. Da bi se ovo sprečilo, rezance treba sušiti na 90% suve supstance i takve skladištiti. Magacin za suve rezance treba da je zatvoren i da ima dobar krov, koji ne prokišnjava. Električni vodovi, armature i sijalična mesta moraju biti zatvorenog tipa, i to naročito u magacinima u kojima se skladište rezanci u rasutom stanju, pogotovo ako se transportuju pneumatskim putem, pri čemu se stvara mnogo zapaljive prašine.
Na fabričkom dvorištu može se zapaliti ugalj. Upotrebljava li se pri preradi repe više vrsta uglja, svaka vrsta uglja skladišti se u posebne gomile. Na osnovu analitičkih podataka, a u zavisnosti od sadržaja sumpora, u fabrikama šećera se za svaku vrstu uglja zna da li ima osobine samozapaljivosti pri skladištenju i kakve su mu karakteristike. Prema tim osobinama u fabrikama se izrađuju propisi za uskladištenje pojedinih vrsta uglja, koji obuhvataju visinu gomile, način sabijanja uglja, kontrolu temperature unutar gomile i način zaštite od samozapaljivosti (polivanje vodom ili pokrivanje). Za uskladištenje uglja teško je dati opšte propise, ali se može reći da ugalj treba skladištiti čist, bez smeća i bez stranih primesa, jer one mogu uticati na bržu samozapaljivost.
Ovde se može navesti da je u pojedinim fabrikama izvesnih godina došlo do pojave samozapaljivosti melase koja je tada imala vrlo ozbiljne razmere. Prema tome, pri požarnom obezbeđenju moraju se zaštititi i kesoni sa melasom.
Za obezbeđenje od požara treba svaka fabrika da organizuje protupožarne ekipe, da obezbedi odgovarajuća dopunska protupožarna oruđa i da uvede dnevnu i noćnu službu čuvanja fabričkih objekata.
B. Tehnološki pogonski bilansi
1. Bilans šećera
a) Principi proračuna iskorišćenja šećera
Kvalitet rada šećerane odražava se u iskorišćenju konzumnog šećera u odnosu na ukupnu količinu šećera koja se sa prerađivanom repom unosi u proizvodnju.
Šećer koji se unosi s repom u šećeranu (Šr) većim delom se, posle prerade repe, skladišti kao beli kristal ili kocka (Šb), manjim delom ostaje u melasi (Šm), dok se najmanji deo gubi u otpacima, usled dejstva mikroorganizama i razgradnje saharoze (Šg). Prema tome, osnovni bilans šećera iz repe posle njene prerade može se izraziti sledećim obrascem:
Šr = Šb + Šm + Šg (1)
Ovakav bilans sastavlja se u izvesnim vremenskim intervalima, i to svakodnevno, svake sedmice, ili, kao što je kod nas uvedeno, svakih deset dana (dekada).
Na osnovu bilansa šećera mogu se izvesti važni zaključci za praksu. Na primer, bilans može pokazati da se pri proizvodnji dobija više melase, dok je iskorišćenje belog šećera manje od očekivanog, ili da su gubici prešli predviđene granice. Prema tome, bilans šećera ukazuje na to da je u tehnološkom postupku prerade repe došlo do izvesnih nepravilnosti, koje treba odmah otkloniti, ili se iz njega vidi da se prerada normalno odvija.
Podatak o iskorišćenju pokazuje koliko se belog konzumnog kristala dobija u %-tima na prerađenu repu. On se izračunava pomoću obrasca:
Iš = 100 Šb / R (2)
gde Ig označava iskorišćenje šećera, Šb magacinirani beli šećer u t, a R prerađenu repu u t.
U toku prerade repe količina belog šećera nalazi se u dva oblika, od kojih je prvi magacinirani beli šećer (Šbm), a drugi se nalazi u međuproizvodima koji se prerađuju i iz kojih će se on preradom dobiti (Št). Odatle dobijamo da je
Šb = Šbm + Št (3)
gde Šbm označava beli šećer u magacinu, a Št beli šećer koji je još u toku proizvodnje. Uskladišteni šećer meri se na posebnoj vagi, pri čemu dozvoljena greška merenja sme da iznosi ±0,05%.
Šećer koji se nalazi u proizvodnji teže se izračunava. U tom cilju izmere se ili ocene količine međuproizvoda koje se nalaze u pojedinim fazama proizvodnje, a zatim se na osnovu laboratorijskih analiza izračuna količina belog šećera koja će se verovatno moći proizvesti. Šećer koji ostaje u melasi izražava se u %-tima na repu, ili u t/t repe, a izračunava se pomoću obrasca:
Šm = 100 Šmt / R (4)
gde Šmt označava količinu šećera u melasi izraženu u t, a R ima isto značenje kao u obrascu 2.
U toku prerade količina melasinog šećera sastoji se, takođe, od dva dela, od kojih se jedan deo nalazi u uskladištenoj melasi, dok se drugi deo nalazi u međuproizvodima koji se nalaze u proizvodnji. Do drugog podatka dolazi se na osnovu istih podataka koji služe za izračunavanje belog šećera u proizvodnji.
Bilans, ili, po fabričkoj terminologiji, inventura šećera izračunava se u domaćim fabrikama svake dekade, tj. 1-og, 11-og i 21-og u mesecu. Ako mesec ima 31 dan, onda se za treću dekadu uzima 11 dana. Međutim, kampanja prerade repe obično ne počinje tako da se poklapa sa dekadnim danom; zato se prva dekada zasebno izračunava, i to tako da ona ima manje od 10 dana ako je razmak do sledeće dekade veći od 5 dana, dok je njen razmak veći od 10 dana ako bi do početka dekade nedostajalo manje od 5 dana. Na primer, ako je kampanja počela 23. avgusta, prva dekada biće zaključena sa 31. avgustom i imaće 8 dana, a da je kampanja počela 27. avgusta, onda bi se pet dana rada u avgustu prebacilo na prvu dekadu septembra, pa bi prva dekada imala 15 dana.
Na sličan način postupa se i pri završetku kampanje. Poslednja dekada se obično produžuje, dok se fabrika, posle prestanka rezanja repe, potpuno ne isprazni* a onda se sastavi završni proračun iskorišćenja šećera.
b) Pripreme za izradu bilansa i iskorišćenja šećera
Osnovu za sastavljanje bilansa šećera daju analitički podaci dobijeni iz hemijske laboratorije šećerane.
Za sastavljanje bilansa šećera unesenog sa prerađenom repom u proizvodnju služe dva osnovna podatka, i to podatak o količini dnevno prerađene repe i podatak o srednjoj dnevnoj digestiji repe. Proizvod ovih dveju vrednosti predstavlja količinu šećera unesenu toga dana sa repom u fabriku. Na kraju svake dekade saberu se dnevno evidentirane količine prerađene repe na jednoj strani, a na drugoj strani količine unesenog šećera u proizvodnju. Na osnovu tako dobijenih podataka izračunava se prosečna digestija repe u dekadi, koja se izražava u %-tima šećera u repi. Primera radi uzmimo da su podaci jedne dekade bili sledeći:
- količina šećera u repi za dekadu 2720 tona
- količina prerađene repe u dekadi 17000 tona.
Na osnovu ovih podataka izračunava se prosečna dekadna digestija na sledeći način:
dekadna digestija = 2720-100 / 17000 = 16,0%
Na isti način izračunava se u toku kampanje prosečna digestija za poslednju dekadu i za deo prerade repe od početka kampanje do kraja poslednje dekade. Podaci ovakvog obračuna evidentiraju se u posebnoj knjizi.
Jednakim računskim putem evidentira se količina šećera koja je zaostala u dobijenoj količini izluženih ili ceđenih izluženih rezanaca. Za to je potrebno poznavati količinu srži u repi u %-tima i količinu suve supstance u presovanim rezancima u %-tima, a na osnovu tih podataka u posebnim tablicama se nalazi količina presovanih rezanaca u %-tima na repu, kao i količina dnevno proizvedenih rezanaca. Pomoću ovog podatka i podatka o prosečnoj dnevnoj polarizaciji ceđenih izluženih rezanaca izračunava se dnevno zaostala količina šećera u njima, a analogno kao kod digestije izračunava se prosečan sadržaj šećera u presovanim rezancima za dekadu.
Količina saturacionog mulja izračunava se na osnovu utrošene količine CaO za čišćenje soka izražene u %-tima na repu, pri čemu se upotrebljava sledeći obrazac:
Saturacioni mulj sa 50% vode = 2 (1,786 %CaO + 0,5).
Ako se, na primer, troši 2% CaO na repu, onda se dobija vlažnog mulja:
Saturacioni mulj sa 50% vode = 2 (1,786 2 + 0,5) = 8,14% na repu.
Koristeći se podacima o %-tu šećera u saturacionom mulju izračunava se dnevni gubitak polarizacionog šećera u ovom sporednom proizvodu, a analognim načinom kao kod digestije izračunava se prosečan sadržaj šećera u mulju za dekadu.
Pomoću prednjih podataka izračunavaju se gubici u %-tima na repu. Prema tome, iz podataka evidentiranih u istoj knjizi saznaje se koliko je šećera izgubljeno u izluženim rezancima i saturacionom mulju dnevno, za dekadu i za kampanju.
Iz dnevnih pogonskih izveštaja izračunava se količina šećera koja je magacionirana u dekadi, a isto tako i količina uskladištene melase, kao i količina polarizacionog šećera koji se u njoj nalazi.
Navedenim načinom došlo se do sledećih podataka koji su potrebni za proračun iskorišćenja šećera:
- o količini prerađene repe;
- o količini šećera unesenog sa repom u proizvodnju;
- o prosečnoj digestiji izraženoj u %-tima na repu, ili u t/t repe;
- o šećeru izgubljenom u izluženim rezancima;
- o prosečnim gubicima šećera u izluženim rezancima izraženim u %-tima na repu, ili u t/t R;
- o šećeru izgubljenom u saturacionom mulju;
- o prosečnim gubicima šećera u saturacionom mulju izraženim u %-tima na repu, ili u t/t R;
- o šećeru uskladištenom u magacin; i
- o šećeru u rezervoarima melase.
Svi izneti podaci sređuju se za tekuću dekadu i za period od početka kampanje do kraja tekuće dekade.
Dalji proračun odnosi se na inventuru šećera koji se nalazi u toku proizvodnje. Za tu svrhu fabrika se podeli na dva dela. Prvi deo zahvata preradu repe od vage za merenje slatkih rezanaca do uključivo posledenjeg tela otparne stanice, dakle, do gustog soka, dok drugi deo zahvata preradu od gustog soka iza otparne stanice do kraja tehnološkog postupka, tj. do bunkera za šećer pre pakovanje.
Količina šećera u toku proizvodnje u prvom delu fabrike odredi se odmah na početku kampanje na sledeći način. Vaga za slatke rezance prokontroliše se i reguliše pre kampanje, a brojač se namesti na 0, što znači da prerada repe u svakoj kampanji počinje sa nulom (0) na vagi za repu. Kada se u toku prerade repe napuni otparna stanica sokom, dakle, pre nego što se gusti sok pusti na pumpu za odvod na kristalizaciju, zabeleži se stanje brojača vage za repu (ili rezance), i na taj način se saznaje koliko je repe prerađeno do momenta za početak odvođenja gustog soka na kuvanje. Tada se, prema podacima iz laboratorije, izračuna prosečna digestija prerađene repe i količina šećera koji je unesen sa repom u proizvodnju.
Od ove količine šećera odbija se gubitak šećera u adekvatnoj količini presovanih izluženih rezanaca, kao i gubitak šećera u odgovarajućoj količini saturacionog mulja. Osim toga, treba proceniti neopredeljive gubitke koji nastaju dejstvom mikroorganizama, inverzijom saharoze usled kisele sredine difuzionog soka i razlaganjem saharoze u fazi uparavanja. Ovi gubici iznose oko 0,21% šećera na repu, pa i tu vrednost treba odbiti od srednje digestije repe.
Kada se svi opredeljivi i neopredeljivi gubici izraženi u %-tima na repu odbiju od količine šećera u repi i kada se količina prerađene repe pomnoži s tako dobijenom srednjom digestijom, dolazi se do podataka o količini šećera u toku fabrikacije u prvom delu fabrike. Do istog podatka može se doći obračunavanjem unesenih i izgubljenih količina šećera, kao što pokazuje sledeći primer.
Pretpostavimo da fabrika prerađuje 60001 repe za 24 časa, pri čemu se difuzija vrši u kontinualnom difuzionom uređaju na kojem nema difuzione otpadne vode, dok se voda s presa vraća na difuziju. Uzmimo, dalje, da je rezanje repe počelo u 6 časova, dok je u 14 časova iz normalno napunjene otparne stanice počelo pumpanje gustog soka na dalju preradu, do 14 časova prerađeno je 2000 t repe s prosečnom digestijom od 16,4%, ili 164%0. Prosečni ceđeni izluženi rezanci imali su 16% suve sunstance sa polarizacijom 0,9%. Pri sadržaju srži u repi od 4,5% dobilo se 28% ceđenih rezanaca na repu, što znači da su gubici na difuziji iznosili:
28 0,9 /100 = 0,25% na repu, ili, 2,5‰
Za čišćenje difuzionog soka trošeno je 2,0% CaO na repu, pri čemu se dobilo saturacionog mulja sa 50% vode 8,14% (vidi napred) na repu. Uzmemo li da je polarizacija mulja iznosila 0,8%, onda je gubitak šećera u saturacionom mulju
iznosio: 8,14 0,8 / 100 = 0,065% na repu, ili, 0,65 promila
Na osnovu prednjih podataka, u fabrici do gustog soka mora biti sledeća količina šećera:
a) Ulaz šećera u fabriku:
2000 164 / 1000 = 328 t
b) Gubici šećera pri proizvodnji:
1. u izluženim rezancima:
2000 2,5 / 1000 = 5,01 polarizacionog šećera
2. u saturacionom mulju:
2000 0,65 / 1000 = 1,31 polarizacionog šećera
3. neopredeljeni gubici (2,1%0):
2000 2,1 / 1000 =4,21 polarizacionog šećera
Prema tome, ukupni gubici iznose: 5,0 + 1,3 + 4,2 = 10,5 t šećera. Do istog podatka moglo se doći prethodnim zbrajanjem svih polarizacionih vrednosti gubitaka na repu i jedinstvenim obračunavanjem ukupnog gubitka. U ovom primeru ukupni polarizacioni gubitak šećera na repu iznosio je: 2,5 + 0,65 + 2,1 = 5,25%o, a ukupan gubitak šećera:
2000 5,25 / 1000 = 10,501 polarizacionog šećera
Pošto je izračunat ulaz šećera u fabriku i ukupan gubitak šećera pri proizvodnji, može se na osnovu tih podataka izračunati i količina šećera u toku proizvodnje, i ona u ovom slučaju iznosi:
328,0 − 10,5 = 317,5 t polarizacionog šećera.
Do podatka o šećeru u proizvodnji u prvom delu fabrike mogli smo doći direktnim izračunavanjem tako da se od srednje digestije repe odbiju ukupni polarizacioni gubici šećera izraženi u % ili u %s na repu i da se količina prerađene repe pomnoži sa dobijenom digestionom vrednosti repe. U našem primeru digestiona vrednost repe umanjena za vrednost gubitaka iznosi: 16,400 − 0,525 = 15,875%, ili 158,75%o, a unešeni šećer u proizvodnju:
2000-158,75 / 1000 = 317,5 t polarizacionog šećera.
Pretpostavimo li da je analiza gustog soka dala rezultate: °Bx = 65,0; Pol = 59,8; Q = 92,0, onda se u prvom delu fabrike nalazi na preradi:
317,5 100 / 59,8 = 530,93 t gustog soka.
Uzmemo li, dalje, da će se preradom gustog soka dobiti melasa sa kvocijentom čistoće Q = 59,0, koja ima melasni faktor: 59 / 100-59 = 1.44 što znači da jedan deo nešećera u melasi veže 1,44 delova šećera, onda će u melasi ostati sledeća količina šećera:
[(530,93 0,65) − 317,5] 1,44 = 39,74 t dok će se kristalizacijom izdvojiti konzumnog šećera:
317,5 − 39,74 = 277,76 t.
U drugom delu fabrike mora se vršiti inventarisanje međuproizvoda i izračunati suva supstanca, šećer i nešećeri, a zatim izračunati količina šećera koji odlazi u skladište, i količina šećera koji će preći u melasu.
Da bi se mogao sastaviti bilans šećera u rafineriji, moraju se poznavati zapremine posuda i rezervoara i rezultati analiza svih međuproizvoda. Zato se pre puštanja fabrike u pogon izmere i izračunaju zapremine svih posuda, rezervoara, vakuum-aparata, hladnjača, mešalica, transportnih puževa, filtara, bunkera za šećer i ostalih uređaja u kojima se nalazi šećer.
Na velikim rezervoarima za uvlačenje gustog soka i sirupa u vakuum-aparate, na samim vakuum-aparatima i hladnjačama izrade se vidljive skale na kojima se mogu pročitati zapremine sirupa, soka i šećerovine u hl ili težine međuproizvoda u t. Za ležeće cilindrične posude sastavljaju se posebne tablice za izračunavanje zapremine šećerovine. Za ovu svrhu primenjuje se sledeći metod, koji daje realne i najbliže vrednosti stvarnim.
Ako ležeći valjak ima prečnik d, a dužinu l, njegova zapremina biće data obrascem:
V = d2 π l / 4
Valjak obično nije do vrha napunjen, nego se iznad unetog materijala nalazi slobodan prostor, čiju visinu do najviše tačke valjka označavamo sa h. Prema tome, napunjeni deo prečnika valjka imaće visinu d − h. Zatim se izračuna koliko pojedine veličine d − h iznose u %-tima prečnika d, a onda se nađe odnos između %-nta prečnika d i %-nta punjenja valjka, tj. određuje se faktor količine materije na svakom prečniku valjka. Primenu ove metode objasnićemo sledećim primerom. Hladnjača poslednjeg proizvoda ima prečnik d = 2200 šga i dužinu 1 = 6500 mm, dok je njena ukupna zapremina:
V = 2,22 3,15 6,5 / 4 = 24,7 m3
ako je visina praznog prostora h = 0,8 m, onda je d − h = 1,4 m, što u %-tima prečnika d iznosi: d-h/d 100, ili, u ovom slučaju, 64% d. Prema tablici 1, ovo u zapremini d odgovara 67,6% V ili ovde 16,7 m3. Pošto se uzima da je specifična masa poslednjeg proizvoda 1,49, onda se u hladnjači nalazi: 16,7 1,49 = 24,9 tona C-šećerovine uz pretpostavku da je od ukupne zapremine odbijena zapremina mešalice, koja obično iznosi 3% do 5% zapremine hladnjače. Napunjeni procenat zapremine u ležećem valjku pri visinama materijala izraženim u %-tima d pokazuje tablica 1.
| %-ti d visine valjka | Procenti zapremine valjka | ||||
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | |
| 0 | 0,0 | 0,3 | 0,7 | 1D | 1,5 |
| 5 | 1,9 | 2,5 | 3,1 | 3,8 | 4,5 |
| 10 | 5,2 | 6,0 | 6,8 | 7,6 | 8,5 |
| 15 | 9,4 | 10,3 | 11,3 | 12,2 | 13,2 |
| 20 | 14,2 | 15,3 | 16,3 | 17,4 | 18,5 |
| 25 | 19,5 | 20,7 | 21,8 | 22,9 | 24,1 |
| 30 | 25,2 | 26,4 | 27,6 | 28,8 | 30,0 |
| 35 | 31,2 | 32,4 | 33,6 | 34,9 | 36,1 |
| 40 | 37,4 | 38,6 | 39,9 | 41,1 | 42,4 |
| 45 | 43,6 | 44,9 | 46,2 | 47,5 | 48,4 |
| 50 | 50,0 | 51,3 | 52,5 | 53,8 | 55,1 |
| 55 | 56,3 | 57,6 | 58,9 | 60,1 | 61,4 |
| 60 | 62,6 | 63,9 | 65,1 | 66,4 | 67,6 |
| 65 | 68,8 | 70,0 | 71,2 | 72,4 | 73,6 |
| 70 | 74,8 | 75,9 | 77,1 | 78,2 | 79,3 |
| 75 | 80,4 | 81,5 | 82,6 | 83,7 | 84,7 |
| 80 | 85,8 | 86,8 | 87,8 | 88,7 | 89,7 |
| 85 | 90,6 | 91,5 | 92,4 | 93,2 | 94,0 |
| 90 | 94,8 | 95,5 | 96,3 | 96,9 | 97,6 |
| 95 | 98,1 | 98,7 | 99,1 | 99,5 | 99,8 |
| 100 | 100,0 | – | – | – | – |
v) Postupak pri izradi bilansa i iskorišćenja šećera
Radni dan u kampanji prerade šećerne repe traje 24 časa, a računa se od 6 časova ujutro jednog dana do 6 časova ujutro drugog dana. Bilans (inventura) i račun iskorišćenja sastavljaju se kod nas dekadno, kao što je napred objašnjeno.
Dana kada se sastavlja dekadni izveštaj očita se u 6 časova ujutro brojač vage za repu, a u isto vreme se zaključi primanje šećera u magacin, i tačno u 6 časova pristupa se inventarisanju šećera u fabrici.
Za prvi deo fabrike izračunata je na početku kampanje količina šećera koja se nalazi u proizvodnji na opisani način. Ako u obrađivanoj dekadi nema neke veće razlike u sadržaju šećera u repi, uzimaju se podaci izračunati na početku kampanje. Ali ako se prerađuje repa sa znatno nižom ili višom digestijom od početne onda se uzima prosečna digestija poslednjeg dana dekade, dok se za količinu repe uzima ona vrednost koja je utvrđena na početku kampanje do momenta kada se pojavio normalan gusti sok. Na taj način dolazi se do podataka o šećeru u proizvodnji do gustog soka.
Znatno veći deo šećera nalazi se u drugom delu fabrike, i zato je potrebno da se on što tačnije inventariše. Inventarisanje se vrši pomoću specijalnih tablica, skala na posudama i ocene količina u pojedinim manjim posudama. Izračunate zapremine pojedinih sokova sirupa i šećerovina izražavaju se za svaki međuproizvod u hektolitrima, a zatim se na bazi analitičkih podataka dobijenih iz laboratorije proračunavaju nađene zapremine međuproizvoda u težinske količine i na količinske sadržaje suve supstance, šećera i nešećera.
Na primer, merenjem stanja gustog soka u filtrima, rezervoarima i vakuum- aparatima našli smo količinu od 300 hl, ili 30 m3. Analizom gustog soka dobijeni su sledeći podaci: °Vh = 60,0; Pol = 55,2; Q = 92,0 i specifična masa St = 1,29, ili 1,29 t/m3. U tom slučaju težina gustog soka iznosi 30 1,29 = 38,7 t, dok je količina suve supstance Sm = 23,22 t, količina šećera Š = 21,36 t, a količina nešećera Nš = 1,86 t. Na isti način vrši se obračun svih međuproizvoda do gustog soka posle otparne stanice do melase.
Uzmimo, na primer, da smo pri konačnom obračunu međuproizvoda u drugom delu fabrike našli da se u pogonu nalazi 467,11 polarizacionog šećera i 8031 nešećera. Sada se na osnovu izračunatog melasnog faktora, koji je u našem primeru iznosio 1,44 (vidi napred), i nađene količine nešećera izračunava koja će količina od ukupnog polarizacionog šećera ovog dela fabrike preći u melasu. Ona u ovom slučaju iznosi: 803 1,44 = 115,63 t šećera. Prema tome, bilans šećera u drugom delu fabrike bio bi sledeći:
- Ukupni polarizacioni šećer u proizvodnji 467,101
- Šećer koji he preći u melasu 115,63 t
- Šećer koji će posle prerade ući u magacin 351,47 t
Pošto se analizom melase našlo da je njen srednji sastav: Bx = 85,0; Pol = 50,2; Q = 59,0, dobiće se iz drugog dela fabrike sledeća količina melase gornjeg sastava:
115,63 100/50,2 = 230,20 t
Na osnovu proračuna za oba dela fabrike stanje šećera koji se nalazi u proizvodnji može se prikazati sledećim bilansom:
| Deo fabrike | Šećer | Melasa |
| Prvi | 69,43 t | 19,90 t |
| Drugi | 351,47 t | 230,20 t |
| Svega u proizvodnji | 420,90 t | 250,10 t |
g) Doiuna bilansa i iskorišćenja šećera
Na završetku kampanje ostaje manji deo šećera u obliku sirovog šećera S-proizvoda. Taj šećer i šećerni otpaci uskladište se, pa se početkom sledeće kampanje prerade. Kod inventure i računa iskorišćenja preračunava se ovaj šećer u belu robu prema njegovom sastavu, a zatim se odbija od proizvodnje šećera u tekućoj kampanji, posle čega se dolazi do pravog iskorišćenja šećera iz prerađene repe.
Uzmimo za primer da je u proizvodnju uneseno iz prošle kampanje 115,5 t sirovog S-šećera sa sastavom:
- polarizacija 90,80%
- voda 3,00%
- pepeo 1,95%
- randman 81,05%
Kao što znamo, randman označava količinu šećera koja će se dobiti preradom sirovog šećera i zasniva se na pretpostavci da svaki deo pepela vezuje 5 delova šećera u melasi. Prema tome, randman ovog sirovog šećera mora iznositi: 90,80 -1,95 5 = 81,05%, ili 810,5%s, što znači da će se pri preradi ukupne količine sirovog šećera dobiti:
115,5 810,5 / 1000 = 93,611 belog šećera
dok će razlika od 21,891 šećera ostati u melasi, od koje će se dobiti melase navedenog sastava:
21,89 100 / 50,2 = 43,60
Pretpostavimo li da je za ponovnu preradu ostalo još 3,7 t otpadaka od belog šećera sa polarizacijom 98,0%, onda će se od te količine dobiti 3,63 t belog kristala, koja se količina takođe mora odbiti od ukupne količine proizvedenog belog šećera. Prema tome, od sumarnog bilansa šećera moraće se odbiti sledeće vrednosti:
| Vrednost za odbijanje | Šećer | Melasa |
| Za sirovi šećer C-proizvoda | 93,611 | 43,60 t |
| Za otpatke od belog šećera | 3,63 t | – |
| Svega za odbijanje | 97,24 t | 43,60 t |
Iz prednjeg izlazi da se iskorišćeni beli šećer iz repe u tekućoj kampanji može naći ako se od magacioniranog belog šećera i šećera koji se nalazi u proizvodnji odbije vrednost unesenog belog šećera iz prošle kampanje.
Završni proračun iskorišćenja šećera od početka kampanje do kraja tekuće dekade u jednom od mogućih slučajeva pokazuje tablica 2.
| Podatak | Tona | % na repu | % na digestiju |
| Prerađena repa Sa repom uneseni šećer u fabrikaciju |
105.000,00 17.325,00 |
100,00 16,50 |
– 100,00 |
| Šećer u magacinu Šećer u toku fabrikacije | 14.088,00 425,10 | – | – |
| Ukupna bruto proizvodnja šećera Odbija se šećer iz prošle kampanje Sir. šećer 115,5 t Rdt. 81,05% Otpaci 3,7 t pol. 98,0% |
14.513,10 93,61 3,63 |
13,85 | – |
| Svega u beloj robi Ostaje bela roba iz repe |
97,24 14.415,86 |
13,75 | 83,40 |
| Gubici: Melasa u skladištu Melasa u toku |
4.306,10 260,80 |
– | – |
| Melase svega bruto | 4.566,90 | – | – |
| Odbija se melasa iz prošle kampanje | 240,90 | – | – |
| Melasa iz repe pol. 50,0% | 4.326,00 | 4,12 | – |
| Šećer u melasi | 2.163,00 | 2,06 | 12,50 |
| Gubici u pres. rezancima | 262,20 | 0,25 | 1,50 |
| Gubici u sat. mulјu | 84,80 | 0,08 | 0,50 |
| Neopredeljivi gubici | 398,50 | 0,38 | 2,30 |
| Ukupni gubici | 745,50 | 0,71 | 4,30 |
Završni bilans i proračun iskorišćenja za celu kampanju u principu jednak je sa iznesenim u tablici 2., s tom razlikom što se proizvedeni šećer sastoji od belog kristala koji je unesen u magacin i od ostatka sirovog šećera S-proizvoda i otpadaka, koji se na bazi analize preračunavaju u beli šećer i melasu. Na isti način izračunava se iskorišćenje šećera i za jednu dekadu, samo u tom slučaju osnovu predstavlja prerađena repa i proizvedeni šećer u toj dekadi.
Osim navedenog načina, koji je najjednostavniji, inventura i račun iskorišćenja mogu se izvesti na više načina. Jedan od njih predstavlja konduktometrijsko određivanje pepela u svim međuproizvodima i izračunavanje šećera u proizvodnji na bazi randmana. Drugi se zasniva na preračunavanju inventarisanih sokova i sirupa na tri vrste šećerovine A, B i C, i izračunavanju količine šećera u proizvodnji pomoću odgovarajućih obrazaca za iskorišćenje šećera iz šećerovina raznih kvocijenata čistoće, i obrazaca za količinu šećera u melasi i količinu melase po O. Wohryzek (2), N. Claassen (3) i K. Šanderi (4).
Odstupanja pri izračunavanju količine šećera u proizvodnji prema stvarnom stanju kreću se u granici od 1,5% do 2,0%. Ova odstupanja imaju sve manji uticaj na račun iskorišćenja ukoliko je prerađena veća količina repe. Na primer, razlika od 2% kod količine šećera u proizvodnji od 500 t predstavlja razliku pri preradi 30000 t repe od svega 0,033% na repu, što praktično ne utiče na sastavljanje bilansa šećera.
2. Gubici šećera i uzroci grešaka pri njegovom određivanju
Gubici šećera nastaju od momenta vađenja repe iz zemlje, posle rezanja glave i lišća, već na samim poljima i to prvenstveno usled intenzivnog disanja korena. Dalji gubici nastaju kod transporta, pri čuvanju repe do prerade i u toku hidrauličkog transportovanja repe iz repnih kanala do fabrike. Konačno, gubici šećera nastaju i u toku tehnološkog postupka prerade repe. Za naše prilike odnos gubitaka šećera od vađenja repe do završetka njene prerade pokazuje tablica 3.
| Podatak o šećeru | % šećera na repu | %-ti prema početnom šećeru |
| Šećer u repi na polju | 16,5 | 100,00 |
| Gubitak šećera kod vađenja repe | 0,4 | 2,43 |
| Gubitak šećera do repnih rezalica | 0,6 | 3,63 |
| Šećer u repi na rezalicama | 15,5 | 93,94 |
| Gubitak šećera u melasi | 1,9 | 11,50 |
| Gubitak šećera u proizvodnji | 0,7 | 4,25 |
| Proizvedeni beli šećer | 12,9 | 78,19 |
Iz pregleda gubitaka šećera u tablici 3., vidi se da se najveći deo šećera s tehnološkog gledišta gubi u melasi, ali to ne predstavlja stvaran gubitak šećera, jer se on nalazi u melasi, nego ukazuje na činjenicu da je normalni tehnološki postupak prerade repe još prilično neusavršen. Najveći stvarni gubici šećera mogu se utvrditi u periodu od vađenja repe do njenog rezanja. Oni nastaju prvenstveno usled održavanja životnih funkcija korena (disanje), a manjim delom usled ekstrakcije šećera iz oštećenih korenova prilikom plavljenja i pranja repe na početku njene prerade.
Međutim, ovde treba navesti da vrednosti koje se dobiju određivanjem šećera u repi nisu apsolutne, jer pri analizi dolazi do niza objektivnih grešaka, koje se ne mogu potpuno izbeći, a osim toga u samoj repi ima niz optički aktivnih jedinjenja koja utiču na ugao skretanja ravni polarizovane svetlosti.
Među objektivnim greškama pri analizi repe, koje se ne mogu potpuno izbeći, navodimo sledeće:
- nemogućnosti uzimanja apsolutnog srednjeg uzorka,
- nemogućnosti dobijanja potpuno homogene kaše za analizu,
- nemogućnosti da se spreči isparavanje vode u toku pripreme uzorka za analizu, i
- netačnost pretpostavke da je zapremina srži svih uzoraka repe koji se analiziraju jednaka.
Navedeni izvori grešaka pri analizi mogu u pojedinim godinama uticati na pogrešno očitavanje digestije do + 0,5%, što se u praksi pojavljuje u vidu povećanih neopredeljivih gubitaka, koji se kreću do visine pogrešnog podatka o digestiji.
Osim gore navedenog, na pojavu neopredeljivih gubitaka imaju znatan uticaj optički aktivni organski nešećeri, koji se zajedno sa šećerom ekstrahuju prilikom određivanja digestije repe. Među njima ima jedinjenja koja skreću ravan polarizovane svetlosti, kao i saharoza, udesno, i oni se nazivaju desnoskrećući nešećeri. Oni utiču na povećanje ugla skretanja ravni polarizovane svetlosti pri određivanju saharoze, a samim tim dovode do pogrešnog podatka o većoj digestiji od stvarne.
Među desnoskrećućim nešećerima na određivanje saharoze najveći uticaj ima rafinoza, jer ona skreće ravan polarizovane svetlosti za 1,57 puta više od saharoze. Ona je pri proizvodnim uslovima postojana i nepromenjena prelazi u melasu. Pošto se količina rafinoze u melasi kreće od 1% do 2%, ona utiče na određivanje polarizacione vrednosti melase, zbog čega se običnim određivanjem polarizacione vrednosti ne dobija pravi, nego prividni kvocijent čistoće, o čemu u praksi treba voditi računa. Često se dešava da se zajedno sa saharozom iskristališe i mali deo rafinoze. U tom slučaju, pri određivanju polarizacione vrednosti šećera, dobiće se vrednost veća od 100%. Međutim, ovo nema uticaja na račun iskorišćenja, jer se pri obračunu, za šećer uzima polarizaciona vrednost 100%.
Među desnoskrećuće nešećere, koji se razlažu u toku proizvodnje pod dejstvom Sa(ON)g, spadaju neke monoze, kao što su glukoza, galaktoza, arabinoza i galakturonska kiselina. Nјihova količina u repi kreće se od 0,02% do 0,05%, što je skoro u granicama grešaka koje se čine pri očitavanju vrednosti na polarimetru. Količina ovih nešećera određuje se posebnom analitičkom metodom, zato što oni utiču pri određivanju digestije, a u toku dalje proizvodnje nestaju usled alkalnog razlaganja monoza.
Među makromolekularnim nešećerima pektin i hemiceluloza (galaktani i arabani) optički su aktivni, ali oni pri ekstrakciji slabo prelaze u rastvor. Ukoliko se nešto i rastvore, oni se pri bistrenju ekstrakta kvantitativno talože olovoacetatom i, prema tome, ne utiču na digestiju. Isto tako, na određivanjedigestije repe ne utiče ni prisustvo vinske kiseline, koja spada u grupu desnoskrećućih nešećera, jer se i ona kvantitativno taloži olovoacetatom u obliku olovotartarata.
Među levoskrećuće nešećere spada d-fruktoza, koja u ekvimolarnoj smeši sa glukozom (invertni šećer) sumarno skreće ravan polarizovane svetlosti ulevo za − 33 °C. Ona se, takođe, kao monoza, razlaže u fazi defekacije, a osim toga smanjuje, pri određivanju digestije, uticaj prisutnih desnoskrećućih nešećera delimičnom kompenzacijom sumarnog povećanja ugla skretanja ravni polarizovane svetlosti pod uticajem optički aktivnih nešećera.
Ekstrahovani amidi i aminokiseline takođe spadaju među optički aktivne nešećere. Amida ima vrlo malo, ali i pored toga oni mogu da utiču na sumarnu optičku aktivnost eksgrakta iz repe. Na primer, asparagin u neutralnom i alkalnom vodenom rastvoru skreće ravan polarizovane svetlosti ulevo za približno isti ugao kao saharoza udesno, a u kiselom rastvoru on postaje desnoskrećući nešećer sa maksimalnim uglom skretanja od + 26,4° C. Razlaganjem asparagina u alkalnoj sredini nastaje asparaginska kiselina, koja je optički aktivna i u odnosu na pH rastvora slično se ponaša kao i asparagin.
Glutamin u vodenom rastvoru skreće ravan polarizovane svetlosti udesno, ali se, pod uticajem olovoacetata, ugao skretanja menja, i on postaje levoskrećući nešećer. Deo glutamina razlaže se u toku proizvodnje, pri čemu nastaje glutaminska kiselina, koja u vodenom rastvoru skreće ravan polarizovane svetlosti slabo udesno i vrlo malo utiče na određivanje digestije.
Pošto se dejstvo optički aktivnih nešećera međusobno delimično kompenzuje, to njihov uticaj na određivanje saharoze digestijom repe nije naročito velik. Ipak se može reći da, po pravilu, veći uticaj imaju desnoskrećući nešećeri, pod čijim dejstvom može pri određivanju digestije nastupiti greška od + 0,10% do + 0,15%. Prema tome, prividni gubici šećera nastali netačnim određivanjem digestije repe usled prisustva desnoskrećućih nešećera kreću se oko granice 0,15%, ali ako pređu digestionu vrednost od 0,2%, onda se pri obračunu iskorišćenja šećera ta vrednost odbija od digestije repe.
Među neopredeljive gubitke šećera spadaju i gubici nastali dejstvom mikroorganizama. Kod kontinualnih difuzionih aparata oni su minimalni ili ih u toku difuzije uopšte nema. Usled mikrobiološke aktivnosti gubi se mala količina šećera u difuzionom soku tokom njegovog transporta s difuzije na predefekaciju i u prvom delu predefekatora. Veličina ovih gubitaka šećera iznosi, takođe, oko 0,1% na repu.
Deo šećera gubi se u toku uparavanja retkog soka na otparnoj stanici i pri kuvanju šećerovina u vakuum-aparatima. Ovi gubici nastaju usled termičke razgradnje saharoze i kreću se od 0,10% do 0,20% na repu. Oni, takođe, spadaju u grupu neopredeljivih gubitaka.
Od opredeljivih gubitaka za proizvodnju šećera naročito su važni gubici šećera u izluženim rezancima. Kod kontinualnih difuzera gubici šećera na ekstrakciji kreću se obično od 0,20% do 0,30% na repu.
Gubici šećera u saturacionom mulju treba da se kreću u granici od 0,06% do maksimum 0,10% na repu. Pri njihovim određivanjima naročito je važno uzimanje uzoraka. Bolje je ako se uzorci uzimaju iz posuda za izradu muljne suspenzije za izbacivanje mulja iz fabrike nego direktno sa vakuum-filtara ili filtar presa, jer je tu mulj izmešan, pa se dobija bolji prosečan uzorak i gotovo uvek veće vrednosti o količini šećera nego u slučaju uzimanja uzoraka direktno s filtara.
Osim navedenih gubitaka šećera postoje i gubici koji su poznati, ali se sistematski u fabrikama ne određuju. To su, na primer, gubici u filtracionim maramama i vodi od njihovog pranja, ili gubici šećera u vodi od ispiranja filtara ako se s njom izrađuje krečno mleko, koji se kreću u granici od 0,02% do 0,05%. Do povremenih gubitaka šećera dolazi pri prebacivanju soka u barometarsku kondenzaciju.
Na osnovu izloženog, pregled gubitaka šećera može se, pri normalnom radu sa kontinualnom difuzijom i preradom zdrave repe, prikazati sledećim podacima, koje pokazuje tablica 4.
| Gubitak šećera | Mesto ili način gubitka | Gubitak u %-tima na repu |
| Opredeljivi: | izluženi rezanci | 0,25 |
| – | saturacioni mulj | 0,06 |
| – | Opredeljivi gubici svega | 0,31 |
| Neopredeljivi poznati: | prividni (nešećeri) | 0,17 |
| – | pranje marama | 0,02 |
| – | otparna stanica | 0,07 |
| – | vakuum-aparati | 0,04 |
| – | Svega poznati | 0,30 |
| Neopredeljivi nepoznati: | mikroorganizmi i drugo | 0,19 |
| – | Ukupni gubici svega | 0,80 |
Iz tablice 4. vidi se da praktično nepoznatih gubitaka i nema, nego je reč samo o tome da li se svi gubici određuju laboratorijskim putem ili se ne određuju.
Pojave li se veći gubici, to može da bude znak da negde šećer, usled nepravilne manipulacije ili kvara, odlazi u kanal, ili je došlo do većih mikrobioloških infekcija. Da bi se ovakvi slučajevi izbegli, moraju se sve otpadne vode i svi nuzproizvodi koji izlaze iz fabrike stalno kontrolisati i pojačati mikrobiološka kontrola u pogonu. Osim toga, dobro je ako se cevi za odvod otpadnih voda iz fabrike ne završavaju direktno u kanalu, nego na nekom vidljivom mestu, pri čemu voda preko levka odlazi u kanal. Ovde se može reći da gotovo svi opredeljivi i neopredeljivi gubici nastaju u prvom delu fabrike, dok u rafineriji gubitaka gotovo i nema. Ovo ukazuje na činjenicu da se pažljivim rukovođenjem ovim delom pogona mogu pri preradi repe postići znatne uštede.
Pokaže li se pri proračunu iskorišćenja da su gubici šećera veći od normalnih, mora se odmah pristupiti pronalaženju uzroka povećanih gubitaka. U tom cilju moraju se, u prvom redu, prokontrolisati sve vage u pogonu, i to vaga za repu, vaga za šećer i vaga za melasu. Osim toga, mora se ponovo prokontrolisati količina šećera koja se nalazi u toku proizvodnje. Radi toga treba tačno izmeriti količine međuproizvoda, uzeti pažljivo njihove srednje uzorke i dati ih na proveru u hemijsku laboratoriju. Otkrije li se vanrednim merama kontrole mesto na kojem dolazi do povećanja gubitka šećera, moraju se razlozi detaljno ispitati i preduzeti sve potrebne mere da se rad što pre normalizuje.
3. Bilans suve supstance repe
Iako gubici šećera imaju presudan uticaj kako na cenu repe, tako i na rentabilitet proizvodnje, ipak se ne smeju zanemariti ni gubici suve supstance, utoliko pre što oni utiču na iskorišćenje stočne hrane iz repe. Ovde se može reći da je problem gubitaka šećera pri preradi repe svestrano istražen, i o tome postoji bogata stručna literatura, dok je problem gubitaka suve supstance do danas vrlo slabo proučavan i obrađivan, iako je on u suštini mnogo jednostavniji od prvog problema.
Međutim, može se ipak, na osnovu tablica N. Claassen-a o analizama repe i supstanci koje se iz nje dobijaju, steći dosta jasna predodžba o kretanju suve supstance pri preradi repe. Pregled bilansa za suvu supstancu, uz pretpostavku da se prerađuje repa sa digestijom 16,5%, da ona sadrži 23,6% suve supstance i da ima 4,7% srži, pokazuje tablica 5.
| Podatak/ Podaci o proizvodu | Količina % na repu | suve % supstance | % na repu | % suve supstance na repu u finalnom proizvodu |
| Difuzioni sok | 120 | 15,20 | 17,48 | _ |
| Izluženi rezanci | 90 | 6,25 | – | 5,63 |
| Voda od presa za rezance | 57 | 0,80 | 0,46 | – |
| Presovani rezanci | 33 | 15,52 | 5,12 | – |
| Presovani rezanci pri vraćanju vode | 33 | 18,00 | 5,94 | – |
| Suvi rezanci | 5,75 | 90,00 | 5,18 | – |
| Suvi rezanci pri vraćanju vode | 6,70 | 90,00 | 6,03 | – |
| Saturacioni mulj | 8,00 | 50,00 | – | 0,72 |
| Šećerovina | 17,20 | 94,55 | 16,26 | – |
| Sirovi šećer | 14,50 | 98,50 | – | 14,28 |
| Melasa | 2,40 | 78,00 | – | 1,87 |
| Suva supstanca u finalnim proizvodima | – | – | – | 22,50 |
| Neodređeni gubitak suve supstance | – | – | – | 1,10 |
Količina suve supstance u slatkim rezancima 23,60
Gubitak od 1,10% suve supstance podeljen je prema fazama proizvodnje, na sledeći način:
- na difuziji 0,35%
- od difuzionog soka do šećerovine 0,60%
- od šećerovine do gotovog proizvoda 0,15%
Ukupan neodređeni gubitak suve supstance 1,10%
Za gubitke suve supstance, koji su u fabrikama često i znatno veći od 1,10% nema pouzdanog objašnjenja. Postoji mišljenje da pri presovanju rezanaca dolazi do gubitka suve supstance koji se kreće do 0,1%, a isto tako i pri sušenju rezanaca, i to verovatno u obliku prašine koja odlazi s gasovima iz bubnja sušnice. Međutim, ima slučajeva da se pri sušenju rezanaca može naći i prirast suve supstance, ali je tome sigurno uzrok prilepljeni pepeo s ložišta, koji s toplim gasovima za sušenje ulazi u bubanj sušnice.
Ovde se može navesti da je velik napredak u smanjenju gubitaka suve supstance učinjen uvođenjem kontinualnih difuzionih aparata, jer kod njih nema otpadne vode, dok se voda s presa za rezance vraća na difuziju, usled čega se dobija 0,5% do 0,8% suve supstance u izluženim rezancima više nego pri radu sa difuzionim baterijama bez vraćanja otpadnih voda na ekstrakciju slatkih rezanaca.
Gubici suve supstance mogli bi se još smanjiti kada bi se mogle izdvojiti sitne mrve iz difuzionog soka, koje zasad odlaze iz fabrike sa saturacionim muljem. U svakom slučaju, obrada problema gubitka suve supstance zaslužuje veću pažnju, jer se njihovim smanjenjem može povećati količina stočne hrane, koja ima veliki značaj za razvoj stočarstva.
B. Organizovanјe proizvodnјe šećera na principima standarda JUS ISO 9000 (5)
Uvod
Međunarodna organizacija za standardizaciju (ISO) predstavlja svetsku federaciju nacionalnih institucija za standardizaciju zemalja koje su članice ove organizacije. Rad na pripremanju međunarodnih standarda odvija se u ISO tehničkim komitetima na principu, da svaka ISO-članica, ako je zainteresovana za predmet rada bilo kojeg od osnovnih tehničkih komiteta, ima pravo da delegira svoje predstavnike u taj komitet. Međunarodna organizacija vlada i nevladine organizacije koje su u vezi sa ISO-sistemom takođe učestvuju u radu ISO-tehničkih komiteta.
Princip rada ove organizacije sastoji se u tome, da se nacrti međunarodnih standarda, koji su usvojeni na odgovarajućim tehničkim komitetima šalju svim ISO- članicama na odobrenje pre nego što ih usvoji Savet ISO kao međunarodne standarde i to po postupku po kome standard mora da odobri glasanjem najmanje 75% članica.
Međunarodni standard definisan kao ISO 9000 bavi se sistemima ”obezbeđenja kvaliteta” radi sigurnosti eksternih potrošača. Dopunski modeli za ”obezbeđenje kvaliteta” predstavljeni su u četiri različita oblika međunarodnih standarda koji utvrđuju funkcionalne i (ili) organizacione sposobnosti proizvođača (i isporučioca) kao pogodnog komitenta za sklapanje ugovora između dve strane (proizvođač − kupac ili naručilac). Dopunski modeli (ne alternativni) međunarodnih standarda su sledeći:
- ISO 9001 − sistemi kvaliteta. Ovaj model standarda obezbeđuje kvalitet u projektovanju, sa uključenim razvojem, proizvodnjom, ugradnjom i servisiranjem.
- ISO 9002 − sistemi kvaliteta. Ovaj model standarda obezbeđuje kvalitet u proizvodnji i ugradnji. On se danas primenjuje kao model standarda za proizvodnju u prehrambenoj industriji.
- ISO 9003 − sistemi kvaliteta. Ovaj model standarda obezbeđenja kvaliteta koristi se za završnu kontrolu i ispitivanja.
- ISO 9004 − sistemi kvaliteta. Ovaj model standarda ima za cilj upravljanje kvalitetom i elementima sistema kvaliteta. On utvrđuje osnovne elemente koji čine sistem kvaliteta, razmatra načine koji obezbeđuju njihovu efikasnu primenu i daje odgovarajuća uputstva za postizanje postavljenog cilja.
Navedeni međunarodni standardi primenjuju se u njihovim sadašnjim oblicima, ali u izvesnim slučajevima mogu da se prilagode specifičnim ugovornim uslovima po zahtevu kupca.
1. Primena ISO 9000 − sistema u prehrambenoj industriji
Na osnovu sadašnjeg stanja na planu primene međunarodnih standarda najveći broj fabrika hrane, industrije prehrambenih proizvoda i vladinih institucija među članicama ISO-sistema prihvatio je model ISO 9002 − sistema obezbeđenja kvaliteta za primenu u prehrambenoj industriji. Isporučilac prehrambenih proizvoda uključen u ISO-sistem, atestiran prema ovom standardu dobija na međunarodnom tržištu status ”poželjnog (pa i povlašćenog) isporučioca” kod većine proizvođačkih i trgovinskih organizacija članica. Ovo ima znatne prednosti u odnosu na neuključene proizvođače u ISO-sistem ”obezbeđenja kvaliteta” za koje niko ne preuzima obavezu za garantovanu cenu proizvoda bez obzira što kvalitet ponuđenog proizvoda može da zadovoljava međunarodno usvojeni standard.
Prednji razlozi ukazuju na neophodnost da se šećerane u SR Jugoslaviji uključe u međunarodnu organizaciju za standardizaciju (ISO). Da bi ovo realizovale šećerane moraju prethodno da ispune sve zahteve ISO-sistema kvaliteta kao što su:
- organizovanje preduzeća i proizvodnje,
- organizovanje interne kontrole svih faza proizvodnog procesa,
- usaglašavanje standarda svog proizvoda sa odgovarajućim ISO-standardom,
- organizovanje eksterne kontrole kvaliteta finalnog proizvoda uz održavanje visokog stepena higijenskih uslova u proizvodnji i prodaji,
- organizovanje dobijanja verifikovanog atesta o kvalitetu finalnog proizvoda i neophodnog certifikata od strane eksterne nacionalne priznate ustanove,
- organizovanje plasmana proizvoda uz ispunjenje svih zaštitnih mera zahtevanih ISO-sistemom za obezbeđenje trajnog kvaliteta, a to su: dozvoljena vlažnost proizvoda, čuvanje proizvoda u kondicioniranim uslovima, kvalitet i način pakovanja, uslovi transporta i način predaje robe.
2. Organizovanje preduzeća i proizvodnje na principima ISO-sistema
Organizovanje preduzeća i proizvodnje u smislu primene ISO-sistema kvaliteta počinje donošenjem odluke celog preduzeća za uključivanje u Međunarodnu organizaciju za standardizaciju (ISO). Polazeći od ove odluke vrše se sledeće pripreme za razvoj sistema kvaliteta, i to:
- Utvrđuje se i analizira postojeće stanje proizvodnje i kvaliteta proizvoda. Pri tome se ocena postojećeg stanja daje na osnovu strogo objektivne provere usklađenosti prakse koja se primenjuje u sopstvenoj organizaciji sa zahtevom odgovarajućeg standarda ISO-sistema za obezbeđenje kvaliteta. Ocena stanja usvojena na nivou organizacije predstavlja osnovu za izbor sadržaja, obima i načina realizacije programa za unapređenje kvaliteta proizvoda na nivou zahteva ISO-standarda.
- Da bi se postigli očekivani rezultati na primeni ISO-sistema kvaliteta neophodni su: dobro poznavanje suštine ISO-koncepta, određeni nivo stručne osposobljenosti najvišeg rukovodstva preduzeća kao i čvrsta opredeljenost za ovaj koncept i to pre donošenja konačne odluke za njegovu primenu, razvoj i uvođenje u proizvodnu praksu. Zato je neophodno da upravljački mehanizam rukovodstva bude podređen zahtevu za poboljšanje efikasnosti i uspešnosti celokupnog poslovanja preduzeća.
- S obzirom na složenost prelaska sa konvencionalnog načina proizvodnje na ISO-proizvodno-kontrolni sistem obezbeđenja kvaliteta treba prihvaćeni program realizovati u vidu projekta utvrđujući pri tom: resurse koji stoje na raspolaganju, resurse koje treba angažovati i vreme potrebno za realizaciju projekta. Prema iskustvu više šećerana iz inostranstva (6) pri odgovornom angažovanju cele organizacije projekt se može realizovati za godinu dana. Međutim, pošto se u fazi ulaženja u projekat ”obezbeđenja kvaliteta” pojavljuje niz osetljivih pitanja među kojima su najznačajnija: pitanja statusa i organizovanja svih zaposlenih i načina njihovog rada, neophodno je s velikom odgovornošću pristupiti izboru lica za rukovodioca projekta čije smo osobine već ranije istakli (vidi str. 573).
- Kao pomoć rukovodiocu za upravljanje na obezbeđenju ”kvaliteta proizvoda”, koje se sastoji iz faze planiranja i izvršenja projektom predviđenih zadataka i kontrole proizvodnje i proizvoda obično se formiraju: centralni odbor i timovi čije radne obaveze zavise od vrste i veličine usvojene organizacije. Pri tome se uzima, da odbor za kvalitet preuzima zadatke planiranja i kontrole projekta, dok timovi izvršavaju operativne zadatke na realizaciji projekta ”obezbeđenja kvaliteta proizvoda” do obaveznih standarda po ISO-sistemu. Na čelu odbora treba da bude generalni direktor dok članove odbora čine rukovodioci ključnih odeljenja za unapređenje kvaliteta finalnog proizvoda.
Timovi za obezbeđenje kvaliteta formiraju se na više nivoa, od kojih najviši rang ima tim za koordinaciju. Ostali timovi koji imaju radno-operativni karakter dobijaju nivoe potrebne za izvršenje zadataka vezanih za razvoj i uvođenje ISO-sistema kvaliteta u proizvodnu praksu.
Ovde treba reći, da uspeh programa ”obezbeđenja kvaliteta” u najvećoj meri zavisi od stepena saradnje zaposlenih na pojedinačnim timskim nivoima i između svih organizacionih nivoa, od aktivnog uključenja svih zaposlenih na izvršenju planiranih pojedinačnih i timskih zadataka, od kolektivnog svestranog poznavanja zahteva ISO-sistema kvaliteta, od dobrog poznavanja razloga i ciljeva uvođenja ovog sistema u proizvodnu praksu i od tačnog poznavanja ekonomskih efekata koji će se postići posle atestiranja i dobijanja certifikata za uvedeni ISO-sistem.
- Da bi se ISO-sistem ”obezbeđenja kvaliteta” organizovano realizovao neophodno je utvrditi sve relevantne zadatke i obezbediti sve neophodne ključne podatke što se postiže verifikovanom dokumentacijom. Za to je potrebno uraditi niz dokumentovanih zapisa u vidu knjiga u kojima se nalaze: sve polazne postavke, podloge i informacije, svi podaci o zahtevima i ciljevima ISO-sistema, sva uputstva za rad u pojedinim fazama proizvodnog procesa i na pojedinim radnim mestima, i, na kraju, rezultati koje zahteva ISO-sistem, a njih mora da potvrdi interna kontrola kvaliteta. Posle dobijanja verifikovanog atesta i odgovarajućeg certifikata od društveno priznate, samostalne, nezavisne i verodostojne ustanove da finalni proizvod u potpunosti odgovara zahtevima međunarodnog standarda (ISO) može se smatrati da su u pogledu organizovanosti preduzeća, proizvodnje i kontrole kvaliteta finalnog proizvoda ispunjeni uslovi za uključenje ustanove u međunarodnu federaciju za obezbeđenje kvaliteta proizvoda.
U čijom cilju u zainteresovanom preduzeću izrađuje se sledeća dokumentacija, i to:
- Priručnik za obezbeđenje kvaliteta proizvoda. On predstavlja glavnu knjigu celog ISO-sistema u kojoj moraju precizno biti navedene sve karakteristike i zahtevi ISO-sistema i svi osnovni organizaciono-tehnički i proizvod- no-kontrolni postupci. Nјega dopunjava:
- Priručnik za rad u kampanji koji sadrži konkretna pogonska uputstva za rad na svim proizvodnim stanicama. U ovom priručniku, na primer, navedena su uputstva: za puštanje u rad krečne peći, za rad na stanici za uparavanje retkog soka, za rad na stanici za višestepenu kristalizaciju, pored toga u njoj se nalazi raspodela radne snage u kampanji, a mogu se naći i pitanja koja nemaju direktnu vezu sa uvođenjem ISO-sistema u proizvodni proces.
- Priručnici za laboratorijsku kontrolu proizvodnje sadrže informacije o očekivanom kvalitetu proizvoda i dozvoljenim odstupanjima. Pored toga u njima se nalaze: uputstva za rad u laboratoriji, uputstva za analitičku kontrolu rada proizvodnih stanica, uputstva za kontrolu ispravnosti i baždarenje laboratorijskih aparata i preciznih instrumenata kao i uputstva za kontrolu kvaliteta pomoćnih materijala i sredstava.
- Personalni podaci sa podacima o stepenu obrazovanosti i stručnosti osoblja unose se u kompjuter. U kompjuter se, takođe, unose podaci o osposobljenosti svakog saradnika na projektu, na primer, za rad na stanici za čišćenje difuzionog soka, ili na stanici za kristalizaciju itd. Ovde treba podvući, da ISO-sistem zahteva, da na važnim proizvodnim mestima radi stručno i specijalistički obučeno osoblje zbog čega uputstva ne moraju ići do tančina i specifičnih detalja.
- Odeljenje za nabavke mora sve porudžbine i sve transakcije uneti u kompjuter pri čemu se za svaku vrstu robe moraju uneti: detaljna specifikacija i podaci o dobavljaču koji poseduje certifikat za isporuku tražene robe definisanog kvaliteta. Kontrola isporuke vrši se na skladištu proveravanjem specifikacije primljene robe i podataka o dobavljaču i isporučiocu. Sve vrste reprodukcionih materijala i pomoćnih sredstava, rezervnih delova aparata i uređaja sa specifikacijama upisuju se u Priručnik o ISO-sistemu obezbeđenja kvaliteta i unose u kompjuter.
- Odeljenje skladišta vrši ulaznu kontrolu primljene robe pomoću podataka unetih u kompjuter proveravajući njenu specifikaciju i ostale relevantne podatke pri čemu se postupak kontrole mora precizno opisati.
- Odeljenje proizvoda je u najbližoj vezi s kupcem. Ono mora da besprekorno registruje sve porudžbine i podatke o njima prenosi iz kompjutera glavnom rukovodstvu. Način pripreme poručenog šećera mora biti tačno utvrđen sa svim transakcijama i količinama i regisgrovan u ISO-knjigama. Sav šećer koji se isporučuje mora biti prosejan. Osoblje odeljenja vrši analize postupka i kvaliteta prosejavanja. U odeljenju proizvoda neophodni su:
- dobro organizovan način upravljanja; − red i čistoća sa utvrđenim postupkom čišćenja; − kvalitetno pakovanje sa naznakom: mesta, datuma i vremena; − način kontrole lagerovanog šećera u silosu; − stimulisano osoblje za održavanje kvaliteta šećera; − analiza reklamacija od strane kupaca direktno sa osobljem odeljenja uz utvrđivanje razloga reklamacija i mera za njihovo izbegavanje.
Kontrola ISO-sistema uvedenog u šećerane vrši se svake godine proverom nasumice izabranih postupaka i njihovih opisa iz Priručnika kvaliteta, zatim, rigoroznim upoređivanjem proizvodnih podataka sa onima iz Priručnika za rad u kampanji, kao i uzimanjem prosečnih uzoraka finalnog proizvoda koji se moraju precizno ispitati u sopstvenoj laboratoriji (koja mora biti samostalna i nezavisna jedinica bez uticaja pogonskog osoblja šećerane) posle čega se dobijeni rezultati upoređuju sa zapisanim zahtevima ISO-sisgema iz Priručnika za obezbeđenje kvaliteta. Međutim, ako se pojave razlike između kontrolnih i očekivanih rezultata po pitanju kvaliteta finalnog proizvoda isti uzorci šećera proveravaju se u verifikovanoj državnoj (ili privatnoj zvanično registrovanoj) ustanovi za arbitražnu analitiku koja je obavezna da izda merodavan arbitražni certifikat koji postaje važeći dokument za presudu o spornom kvalitetu proizvoda.
Rezultati kontrole izražavaju se bodovima utvrđenim postupkom. Oni se upisuju u horizontalne i vertikalne rubrike usvojenih matrica pri čemu horizontalni zbir bodova mora biti > 65, a vertikalni > 75.
Inoviranje i dopuna ISO-sistema za obezbeđenje kvaliteta obavlja se svake godine tako, što posle završene kampanje rukovodstvo projekta vrši reviziju postojećih podataka evidentiranih u Priručnicima za kvalitet i za rad u kampanji na osnovu statističkih podataka o proizvodnji šećera, na osnovu reklamacije kupaca, na osnovu iskustava i ideja saradnika, i, što je najvažnije, na osnovu primedaba i zahteva kontrolora.
Proceduru inoviranja evidentiranog ISO-sistema pokreće njegov rukovodilac na osnovu celokupne kampanjske dokumentacije, dok radna grupa (ili tim) za kvalitet, koja takođe raspolaže kampanjskom dokumentacijom unetom u kompjuter, predlaže rukovodstvu pogona izvestan broj mera za racionalizaciju proizvodnje i poboljšanje kvaliteta finalnog proizvoda. Posle utvrđivanja novih uputstava saradnici potpisom potvrđuju prijem nove dokumentacije koja važi za narednu kampanju i predstavlja obavezne delove navedenih priručnika.