Ugrožavanje vodnih resursa na Planeti od strane čoveka odavno je nametnulo potrebu za tretmanom vode za piće. Tek pojavom masovnih epidemija trbušnog tifusa i kolere u naseobinaina sa organizovanim snabdevanjem vodom. počinje ozbiljnije da se posvećuje pažnja tretmanu vode. Od tog vremena pa sve do danas neprekidno se radi na istraživanju i usavršavanju novih postupaka, uređaja i sredstava za prečišćavanje i dezinfekciju raspoloživih voda u prirodi kako bi se one mogle upotrebiti za piće. Međutim. kroz čitav taj period od nešto više od 100 godina unazad, pojavio se veoma mali broj napisane literature ili priručnika posvećenih toj problematici. Na našem jeziku, osim prevoda sa francuskog Degremont-ove knjige: „Tehnika prečišćavanja voda“ još iz 1974. godine i NALCO-vog „Priručnika za vodu“ koji je preveden sa američkog engleskog 2005. godine, nije se do danas pojavila nijedna knjiga posvećena tretmanu pijaće vođe. Baveći se ovom kao i problematikom tretmana otpadnih voda preko 30 godina, uglavnom kao projektant, Autor je imao brojnih prilika da uoči i oseti nedostatak literature iz ovih oblasti. Međutim, to nije bilo dovoljno za donošenje odluke o pisanju ovakve knjige. Na to je ipak uticao splet drugih okolnosti a najviše prof. dr Martin Bogner koji je bio inicijator pisanja naše zajedničke knjige „O VODAMA“ izdate početkom 2006. godine.
Knjiga „TRETMAN PUAĆE VODE“ predstavlja pokušaj autora da budućim čitaocima stavi na raspolaganje neka svoja stečena iskustva iz ove oblasti u kombinaciji sa iskustvima malobrojnih autora iz razvijenog dela sveta iskazanih kroz objavljene knjige i radove i predstavlja nadogradnju već pomenute knjige „0 VODAMA“. Očekujući da će se u čitalačkoj publici naći stručnjaci koji rade na poslovima projektovanja, eksploatacije i održavanja postrojenja za tretman pijaće vode kao i studenti različitih fakulteta na kojima se ova materija izučava, Autor se trudio da sadržaj knjige i metodologiju izlaganja koncipira tako da se ona može čitati i razumeti i bez nekih posebnih predznanja iz ove oblasti.
Veliku zahvalnost dugujem recenzentima dr Dejanu Ljubisavljeviću, dipl. inž. građ., redovnom profesoru Građevinskog fakulteta Univerziteta u Beogradu i Vladimiru Jelenkoviću, dipl. inž. tehn., vodećem inženjeru u Institutu za vodoprivredu Jaroslav Čemi“, koji su pročitali rukopis i nizom korisnih sugestija doprineli da Knjiga dobije svoju konačnu formu.
Takođe se zahvaljujem Emilu Vasiću, likovnom umetniku, Želimiru Miiijanoviću, dipl. inž. maš., Saši Žiži, dipl. inž. maš. i Mariji Bajić, dipl. inž. geol. na nesebičnoj pomoći oko tehničke obrade grafičkih priloga u tekstu knjige.
Posebnu zahvalnost izražavam mojoj matičnoj firmi ,,Energoprojekt-Hidroinženjering“ i firmi „Eko-vodo projekt“ koje su mi pružile značajnu pomoć oko tehničke pripreme radne verzije knjige (štampanje, skeniranje, kopiranje, povezivanje kao i kompjutersko crtanje dela grafičkih priloga).
Na kraju. ne treba zaboraviti ni one koji su za sve vreme izrade ove knjige radili na njenom ometanju. Njima sam zahvalan što u tom svom ,,poslu“ nisu bili dovoljno uspešni.
Lnapred se zahvaljujem na svim konstruktivnim primedbama i sugestijama čitalaca koje ću uzeti u obzir i ugraditi u eventualno buduće izdanje ili proširenje ove knjige.
Beograd. marta 2009.
Predgovor uz knjigu prečišćavanje vode za piće
Knjiga PREČ1ŠĆAVAN.1E VODE ZA PIĆE predstavlja novo izdanje moje prethodne knjige TRETMAN PIJAĆE VODE. koju je izdala Građevinska knjiga 2009. godine. Do promene naslova knjige je došlo na osnovu predloga jednog broja čitalaca a takođe i izdavača ove knjige .,AGM knjiga“ iz Beograda.
U odnosu na prethodno izdanje, knjiga je proširena jednim kompletno novim poglavljem pod rednim brojem 18. UTICA.1 VODE NA MATERIJALE, koje je usledilo na predlog pojedinih čitalalaca koji se ovom problematikom bave praktično bilo kao projektanti ili inženjeri zaduženi za eksploataciju i održavanje postrojenja za prečišćavanje vode za piće.
Pored toga, još jedno dodatno poglavlje 6. FLOTACUA je izdvojeno iz ranijeg poglavlja i 5. TALOZENJE, budući da su oba ova dela dopunjena novim materijalima.
Dopunjavanja su takođe izvršena i u poglavljima: 1. PRIRODA VODE I NJENE OSNOVNE KARAKTERISTIKE, 3. KOAGULACIJA I FLOKULACIJA 7. FILTRACIJA.12.1ZMENA JONA.15.MEMBRANSKA SEPARACUA i 17. TRETMAN MULJA.
Naravno, izvršene su ispravke uočenih štamparskih i drugih grešaka.
Na kraju knjige je dat i prilog RAĆUNSKI PRIMERI 1Z TEORIJE I PRAKSE sa konkretnim problemima i rešenjima vezanim za materiju obuhvaćenu ovom knjigom. Veoma sam zahvalan recenzentima: dr Aleksandru Đukiću, dipl. inž. građ. i dr Vladani Rajaković-Ognjanović, dipl. inž. tehn., vanrednim profesorima na Građevinskom fakultetu Univerziteta u Beogradu koji su pažljivo pročitali rukopis i čije sam korisne i konstruktivne primedbe i sugestije ugradio u ovu knjigu.
U Beogradu, avgusta 2022. godine
Sadržaj
1. PRIRODA VODE I NJENE OSNOVNE KARAKTERISTIKE
1.1. Uvod
1.2. Molekul vode
1.3. Vodni resursi na našoj planeti
1.4. Vodni resursi u Srbiji
1.5. Elementarna hemija
1.6. Hemizam vode
1.7. Biologija vode
2. PREDTRETMAN POVRŠINSKIH VODA
2.1. Uvod
2.2. Uklanjanje grubih i krupnih otpadaka
2.3. Destratifikacija akumulacionih jezera
2.4. Hemijski tretman akumulacija
2.5. Aeracija i predoksidacija
2.6. Predtaloženje
3. KOAGULACIJA I FLOKULACIJA
3.1. Uvod
3.2. Osnovi teorije koagulacije
3.3. Faze u aglomeraciji
3.4. Koagulanti
3.5. Flokulanti
3.6. Koagulacija u prečišćavanju voda
3.7. Brzo mešanje
3.8. Flokulacioni sistemi
3.9. Uređaji koji se koriste za flokulaciju
3.10. Kontrola i praćenje flokulacije
4. SKLADIŠTENJE I DOZIRANJE HEMIKALIJA
4.1. Uvod
4.2. Izbor hemikalija
4.3. Projektni kriterijumi
5. TALOŽENJE
5.1. Uvod
5.2. Teorijske osnove taloženja
5.3. Primena taloženja
5.4. Horizontalni protočni taložnici
5.5. Taložnici sa neprekidnim kontaktom
5.6. Taloženje u lamelastim taložnicima
6. FLOTACIJA
6.1. Uvod
6.2. Veličina i brzina mehurića
6.3. Prirodna i potpomognuta flotacija
6.4. Mehanička flotacija i flotacija pene
6.5. Flotacija mikromehurićima (rastvorenim vazduhom)
7. FILTRACIJA
7.1. Uvod
7.2. Vrste filtera
7.3. Evolucija filtracije
7.4. Proces filtracije vode
7.5. Uloga filtracije u tretmanu voda
7.6. Direktna filtracija
7.7. Projektovanje filterskih sistema
7.8. Ostali tipovi filtera
8. DEZINFEKCUA 1 STERILIZACUA
8.1. Uvod
8.2. Aktuelne metode koje se koriste
8.3. Teorija dezinfekcije
8.4. Dezinfekcija hlorisanjem
8.5. Ozonizacija
8.6. Kalijum permanganat
8.7. Jod
8.8. Brom
8.9. Srebro
8.10. Vodonik peroksid
8.11. Zračenje ultraljubičastim lampama
9. ADSORBCIJA AKTIVNIM UGLJEM
9.1. Uvod
9.2. Kontrola ukusa i mirisa
9.3. Primena aktivnog uglja
9.4. Postupak adsorbcije ugljem
9.5. Proizvodnja aktivnog uglja
9.6. Razvijanje projektnih kriterijuma za tretman vođe aktivnim ugljem
9.7. Projektovanje sistema za GAU adsorbciju i njegovu reaktivaciju
9.8. Adsorbcija aktivnim ugljem poboljšana ozonom
9.9. Primena aktivnog uglja kao dehlorinatora vode
10. AERACIJA I DEGAZACIJA
10.1. Aeracija
10.2. Degazacija
11. UKLANJANJE GVOŽĐA I MANGANA
11.1. Uvod
11.2. Rasprostranjenost u prirodi
11.3. Uklanjanje gvožđa i mangana
12. IZMENA JONA
12.1. Uvod
12.2. Opšte o jonskim izmenjivačima
12.3. Struktura jonskih izmenjivača
12.4. Proizvodnja jonskih izmenjivača
12.5.Osnovni koncept jonske izmene
12.6. Uklanjanje nitrata jonskom izmenom
13. UKLANJANJE TRIHALOMETANA
13.1. Uvod
13.2. Definicija parametara merenja THM
13.3. Faktori koji utiču na brzinu stvaranja THM i krajnje koncentracije THM
13.4. Neophodni koraci za ublažavanje THM MCL
13.5. Metode za kontrolu stvaranja THM
13.6. Uputstvo za kontrolu THM u sistemima koji koriste samo hlor
13.7. Uputstvo za sisteme koji koriste konvencionalne tretmane
13.8. Uputstva za sisteme koji koriste omekšavanje krečom
13.9. Pregled mikrobioloških ispitivanja
14. KONTROLA UKUSA I MIRISA
14.1. Uvod
14.2. Terminologija, karakterizacija i merenje
14.3. Izazivači ukusa i mirisa
14.4. Uklanjanje ukusa i mirisa
15. MEMBRANSKA SEPARACIJA
15.1. Uvod
15.2. Struktura membrana
15.3. Mikrofiltracija
15.4. Ultrafiltracija
15.5. Nanofiltracija
15.6. Reversna osmoza
15.7. Materijalni bilans u membranskim procesima
15.8. Konstruktivne karakteristike komercijalnih uređaja
15.9. Održavanje membrana
15.10. Dijaliza
15.11. Elektrodijaliza
16. FLUORIZACIJA I DEFLUORIZACIJA
16.1. Uvod
16.2.Istraživanje dejstva fluorida
16.3. Flourizacija
16.4. Sistemi za fluorizaciju
16.5. Defluorizacija
17. TRETMAN MULJA
17.1 Uvod
17.2. Klasifikacija muljeva
17.3. Minimizovanje proizvodnje mulja
17.4. Tehnike ugušćivanja i obezvodnjavanja mulja
17.5. Odlaganje krajnjih produkata mulja
18. UTICAJ VODE NA MATERIJALE
18.1. Uvod
18.2. Elektrohemijska korozija gvožđa
18.3. Korozija bez prisustva kiseonika ili korozija vodonikom
18.4. Korozija kiseonikom
18.5. Kontrola i merenje korozije
18.6. Formiranje zaštitnih slojeva i pasivizacija
18.7. Sekundarni parametri korozije
18.8. Korozija nerđajućih čelika
18.9. Korozija livenog gvožđa
18.10. Korozija galvanizovanog čelika
18.11. Degradacija betona
18.12. Starenje plastike
RAČUNSKI PRIMERI IZ TEORIJE I PRAKSE
LITERATURA
l. Priroda vode i njene osnovne karakteristike
1.1. Uvod
Hidrosfera, vodeni omotač Zemlje, je složen dinamički sistem. u kome se u procesu kružnog kretanja voda neprekidno gubi, ali i stvara. Pošto je hidrosfera u interakciji sa ostalim sferama – atmosferom, litosferom i biosferom, u njima se odvija intenzivno kruženje. U toku godine sa Zemljine površine ispari pod uticajem Sunčeve energije oko 577 000 km3 vođe. Kondenzacijom vodene pare i izlučivanjem u obliku padavina, ta količina vode se vraća na Zemlju. Pri tome voda stalno ulazi u sastav žive organske materije i iz nje se oslobađa. U ovom kruženju učestvuje oko 60 % ukupne biološke vode. Može se zaključiti da u procesu kruženja učestvuje voda u svim oblicima pojavljivanja na Zemlji: slobodna, atmosferska, biološka. kao i ona koja je fizički vezana u Zemljinoj kori i omotaču jezgra. Ova poslednja kruži kroz mnoge geofizičke i geohemijske procese, pri kojima se oslobađa iz Zemljine unutrašnjosti i ponovo vezuje u stenama. Najveći deo koji se oslobađa iz omotača jezgra odlazi na popunjavanje hidrosfere, dok se manji deo akumuliše u stenama Zemljine kore. Vodi u Svetskom moru potrebno je 2 320 godina da bi se jednom obnovila. Voda u rečnim koritima se u proseku obnavlja svakih 16dana, a biološka voda svakih nekoliko časova.
Hidrosfera je stara između 3,5 i 4 milijarde godina. Ona je stvorena tokom prvih nekoliko stotina miliona godina postojanja Zemlje i poticala je iz omotača Zemljinog jezgra, gde su se nalazile velike zalihe vezane vode. Proces akumulacije hidrosfere je bio veoma spor. jer se degazacija omotača jezgra kroz procepe u Zemljinoj kori odvijala sporo. Početkom arhaika, odnosno pre 3,2 milijarde godina, obrazovano je 90 % zapremine hidrosfere, a svoju sadašnju veličinu Svetsko more je dostiglo, po nekim autorima, tek početkom mezozoika, pre 200miliona godina. Prvi, najstariji, okean imao je mineralizovanu vodu i bio je bez živih bića. Za nastanak života poslužilo je obilje organske materije rastvorene u morskoj vodi. Zbog odsustva slobodno rastvorenog kiseonika postojali su samo jednostavni heterotrofni organizmi. Mada su biološki procesi bili primitivni, njihove životne delatnosti su počele da utiču na formiranje prirode okeana. Oni su kvalitativno menjali hemijski sastav atmosfere i vode i bili materijal za obrazovanje mulja na dnu okeana, čijim su kasnijim preobražajem stvorene sedimentne stene. Daljom evolucijom pojavili su se organizmi sa hlorofilnim aparatom. sposobni da koriste neorganske materije i uz pomoć svetlosti sami proizvode hranu za sebe. Ujedno oni su služili kao hrana heterotrofhim organizmima. Prvobitna sredina sa preovlađujućim ugljen-dioksidom menja se u oksidacionu u kojoj preovladava kiseonik. Tako je počela nova era razvitka na Zemlji.
Zivot se, dakle, začeo u okeanu i odatle proširio na kopno. I danas je okean idealna sredina za život i razvitak organizama: bogat je kiseonikom i neophodnim materijama, ne podleže suštinskim promenama svojih hemijskih i fizičkih karakteristika značajnih za život, sadrži velike količine biogenih elemenata. U njemu je registrovano preko 200 000 vrsta biljaka i životinja, od oko 250 000 koliko ih je u celoj hidrosferi. Međutim, okean treba shvatiti kao neistraženo područje koje stalno donosi nova otkrića. Pri tome je uočljivo preovlađivanje zoomase nad fitomasom, dok je na kopnu obrnuto. U moru životinje prevazilaze biljke po biomasi 28 puta, dok je na kopnu njihiva biomasa 1 000 puta manja od biljne. To se objašnjava time što su u vodi biljke uglavnom predstavljene sitnim, često mikroskopskim algama, koje su po jedinici mase mnogo produktivnije od kopnenih makrofita i kao takve služe za ishranu mnoštva raznovrsnih životinja.
Po broju vrsta organizama hidrosfera znatno zaostaje za kopnom. Međutim, ako se uporede podaci o krupnim taksonima onda je situacija drugačija. Od ukupno 33 klase biljaka, 18 je prilagođeno životu u vodi, a 15 životu na kopnu. Među 63 klase životinja u vodi se sreće 57 (54 samo u vodi), dok ih je na kopnu 9 (3 samo na kopnu). Ovi podaci ne samo da idu u prilog shvatanju da je život nastao u vodenoj sredini, nego ukazuju i na to da je voda najrasprostranjeniji biotop.
Tri četvrtine površine Zemlje je prekriveno vodom. Život nastaje i opstaje zahvaljujući vodi. Kompletan biljni, životinjski, Ijudski i svet mikroorganizama je zasnovan na upotrebi vode. Drugim rečima, voda je osnov života.
Voda je na površini Zemlje, koju prekriva sa tri četvrtine njene ukupne vrednosti, najčešće mineralna. Ona je sastavni deo hidrosfere. Njena zapremina se procenjuje na 1 370 miliona kubnih kilometara, pri čemu se količina između 500 000 i jednog miliona kubnih kilometara računa kao slatka voda raspodeljena na reke, jezera i podzemnu vodu. Zapremina polarnih ledenih kapa je zastupljena sa 25 miliona kubnih kilometara slatke vode. Konačno, u atmosferi se nalazi 50 000 kubnih kilometara vode u obliku pare i oblaka. Godišnje isparavanje se procenjuje na oko 500 000 kubnih kilometara a količina padavina na kontinentima se računa sa 120 000 kubnih kilometara godišnje.
Voda je glavna komponenta živih materija. Procenjuje se da ona u proseku čini oko 80 % njihove građe. Kod krupnijih životinja procentualni sadržaj vode je između 60 i 70 %. U morskim organizmima, kao u slučaju meduza i algi, ove proporcije dostižu ekstremnih 98 %. S druge strane, bakterije u stanju sporulacije ili zaustavljene animacije, ostaju izdržljive, kako su pokazala iskustva, na opadanje sadržaja vode i do 50 %.
Prema tome, voda je pre svega simbol biološkog života.
Voda je uslov života na našoj planeti i samim tim najdragoceniji prirodni resurs. Jedna stara poslovica kaže: „Tamo gde je voda. tamo je život“. Ona čini do 90 % mase biljaka, oko 75 % mase životinja i ulazi u sastav čovekovog tela sa oko 65 %. Stalnim mešanjem i pre raspodeljivanjem voda učestvuje u svim životnim procesima koji se događaju u čovekovom organizmu i utiče na zdravlje i normalnu aktivnost ljudi. Njena uloga naročito je značajna u sledećim procesima:
– voda prenosi hranljive materije do ćelija,
– vrši razmenu materija,
– učestvuje u stvaranju krvi, limfe, plazme i tkivne tečnosti,
– ulazi u sastav pojedinih organa,
– odstranjuje štetne produkte iz organizma koji se oslobađaju preko bubrega, pluća, žlezda i creva,
– omogućuje varenje hrane,
– učestvuje u svim hemijskim i fermentacijskim procesima,
– isparavanjem i izlučivanjem preko kože i disajnih organa učestvuje u termoregulaciji,
– ima ulogu rastvarača svih materija koje se nalaze u krvi.
Da bi se održalo normalno funkcionisanje organizma, bilans vode u čovekovom telu ne sme da se naruši. Bilans se utvrđuje prema dnevnim potrebama za vodom, koje zavise od prirodnih, pre svega klimatskih uslova i aktivnosti pojedinca. Tako one u umerenom klimatskom pojasu pri uobičajenoj fizičkoj aktivnosti iznose od 2,5 do 3 L. Ukoliko dnevno pomanjkanje vode iznosi 1,5 L dolazi do početne dehidratacije organizma, a neunošenjem 4,2 L za 2 do 4 dana prouzrokuje se dehidratacija, dok manjak od 5 do 10 L dovodi do jake dehidratacije sa psihičkim poremećajima.
Pošto voda obezbeđuje život, najstarije ljudske civilizacije nastajale su pored vode – u dolinama velikih reka. One su im obezbeđivale vodu za piće i hranu, bilo neposredno preko ribolova ili posredno kroz poljoprivrednu proizvodnju. Ljudi starog veka shvatili su vrednost vode i njenu moć. Oni su je obožavali i verovali u boga voda. S druge strane, nestašica vode je bila jedan od glavnih faktora pada starih civilizacija, kao što su Ur u Mesopotamiji i Mohenjodaro u slivu Inda. U početku voda je uslovljavala razmeštaj stanovništva, a kasnije, kada u sve većem obimu postaje faktor proizvodnje, uslovljava nastanak lučkih, trgovačkih i industrijskih gradova. Tako se najveći gradovi na svetu nalaze na morskim obalama (Sao Paolo, Šangaj, Buenos Aires, Tokio, Njujork, Džakarta) i na obalama velikih reka (Peking, Pariz, Kairo, Moskva, Delhi, Kalkuta) ili obalama jezera (Čikago, Toronto).
Voda je ne samo najvažniji uslov postojanja biosfere, nego i posredno utiče na njenu egzistenciju. Tu se pre svega misli na veliku ulogu Svetskog mora u formiranju klime na Zemlji, održavanju stabilnosti gasnog sastava atmosfere i prirodnom prečišćavanju životne sredine. Zato se s pravom kaže: „Mrtav okean- mrtva planeta“.
Kao najvažniji element u sferama minerala i biologije, voda je takođe značajan vektor života i ljudske aktivnosti. Na primer, upotreba vode u svetu, računajući domaćinstva, industriju i poljoprivredu, ukupno iznosi impresivnih 250 m3 godišnje po osobi. Osim toga, dispariteti su enormni: od 100 m3 za zemlje u razvoju do 1 500 m3 u SAD. Prema tome, potrebe za vodom neprekidno rastu.
Ovo nameće imperativ da vodu treba zaštititi. Ona mora biti tretirana, bilo da se radi o proizvodnji za opštu potrošnju, ili za posebne industrijske namene, ili o ograničavanju ispuštanja ili zagađivanja okoline.