U ovoj knjizi obrađuju se problemi pročišćavanja gradskih komunalnih otpadnih voda. Napisana je prema nastavnom programu predmeta Pročišćavanje otpadne vode, koji sam dugo vrijeme predavala na Geotehničkom fakultetu u Varaždinu.

Pročišćavanje otpadnih voda prije nego što se ispuste u prirodni okoliš multidisciplinarno je područje kojim se bavi niz stručnjaka raznih struka i različite obrazovne razine. U prvom redu to su kemičari tehnolozi i biolozi, ali to područje osobito treba biti blisko graditeljima koji grade objekte uređaja za pročišćavanje, zatim strojarskim inženjerima i elektroinženjerima koji odabiru opremu i dovod energije. Problematiku pročišćavanja posebice bi morali obraditi arhitekti koji se bave problemima urbanizma i izrade prostornih planova, jer oni određuju lokacije uređaja za pročišćavanje. Ti objekti često imaju neželjen utjecaj na okoliš (miris, buka…) pa je kasnije nužno predvidjeti mjere zaštite, a poduzimati promjene na već planiranoj lokaciji znatno je teže.

Knjiga je podijeljena u devet tematskih cijelina. U njezinu prvom dijelu govori se o prirodnim vodnim sredinama koje su prijamnici otpadnih voda, često nepročišćenih ili nedovoljno pročišćenih, pa ugrožavaju kakvoću vode, potiču eutrofikacijski proces i prirodnu vodu čine neupotrebljivom za mnoge namjene. U drugom poglavlju obrađuju se vrste otpadnih voda, kanalizacijski sustavi i ispusti vode u prirodni okoliš.

Treće poglavlje je najopširnije i u njemu se obrađuju fizikalni, fizikalno-kemijski i biološki procesi upravljanja kakvoćom vode kojima se postižu odgovarajući stupnjevi pročišćavanja. Naime, uklanjanjem onečišćujućih tvari pojedinačnim procesima ili njihovom kombinacijom vrednuje se učinak obrade otpadnih voda i njihova kakvoća na ispustu iz uređaja.

U četvrtom, petom i šestom poglavlju opisuju se objekti i oprema za prvi, drugi i treći stupnj pročišćavanja. Obrađen je primjer dimenzioniranja uređaja za naselje veličine 4 500 stanovnika.

U sedmom poglavlju obraduju se problemi obrade i uklanjanja mulja s uređaja za pročišćavanje otpadnih voda. Takav se mulj svrstava u skupinu opasnog otpada, a u radu uređaja stvara velike teškoće i uzrokuje velike troškove.

Deveto poglavlje je pojmovnik u kojem se abecednim redom obrađuju pojedini pojmovi bitni za praćenje teksta, ali i neki širi pojmovi u vezi sa sanitarnim i ekološkim područjem.

Na kraju knjige se dodaje prilog u kome su obrađeni/opisani uređaji za pročišćavanje u našim najvećim gradovima Zagrebu i Splitu.

U osmom poglavlju opisuje se ustanovljivanje količine i sastava otpadnih voda, kao i kakvoća vode prijamnika na mjestu gdje se ispuštaju otpadne vode. Opisuju se procesi uzorkovanja, spremanja i dopreme uzoraka u laboratorij te analiza pojedinih pokazatelja bitnih za rad uređaja za pročišćavanje otpadnih voda.

Zahvaljujem recenzentima prof. emeritusu Stanislavu Tedeschiu i prof. dr. sc. Juri Margeti, kao i prof. dr. sc. Feliciti Briški koja mi je puno pomogla u području kemije i mikrobiologije. Izražavam zahvalu Bojanu Đurinu, dipl. ing. geoteh., i Goranu Tušaru, ing. geoteh., koji su unošenjem teksta i izradom crteža pomogli da se napravi ovaj udžbenik.

Posebno zahvaljujem svom unuku Matiji Tušaru na pomoći pri pretraživanju internetskih stranica. Nadam se da će ova knjiga barem malo pomoći u spoznaji koliko je pročišćavanje gradskih otpadnih voda bitno, jer to je jedini način da se zaštiti kakvoća vode prirodnih vodnih sustava.

Božena Tušar

Sadržaj

1. Značajke prirodnih voda

Općenito

1.1. Podjelavode
1.1.1. Oborinske vode
1.1.2. Površinske vode
1.1.3. Podzemne vode
1.2. Biološke značajke voda
1.2.1. Ekološki sustavi
1.2.2. Kakvoća vode prema mikroorganizmima indikatorima
1.3. Izvori onečišćenja vode
1.3.1. Netopive tvari
1.3.2. Topive tvari
1.3.3. Organske tvari
1.3.4. Toplinsko onečišćenje
1.3.5. Otrovne tvari
1.3.6. Radioaktivne tvari
1.3.7. Mikroorganizmi
1.4. Procesi u vodnom sustavu
1.4.1. Otopljeni kisik
1.4.2. Potrošnja kisika u vodnom sustavu
1.4.3. Biokemijska potrošnja kisika Bl’K
1.4.4. Eutrofikacija i uzroci eutrofije
1.5. Zaštita kakvoće vode prirodnih vodnih sustava
1.5.1. Norme/standardi ispuštene vode
1.5.2. Ispuštanje otpadne vode u prijamnike osjetljivog područja
1.5.3. Ispuštanje otpadne vode u prijamnike manje osjetljivog područja
1.5.4. Ispuštanje otpadne vode u druga područja
1.5.5. Nadzor nad stanjem voda

2. Otpadne vode i sustavi odvodnje

Općenito

2.1.1. Sanitarne otpadne vode
2.1.2. Industrijske otpadne vode
2.1.3. Oborinske vode
2.1.4. Procijedne vode
2.1.5. Pokazatelji kakvoće komunalnih otpadnih voda
2.1.6. Nepovoljni utjecaji ispuštanja nepročišćenih otpadnih voda
2.2. Odvodnja otpadnih voda
2.2.1. Mješoviti sustav odvodnje
2.2.2. Razdjelni kanalizacijski sustav
2.2.3. Djelomični razdjelni (polurazdjelni) sustav
2.2.4. Kombinirani kanalizacijski sustav
2.2.5. Izbor kanalizacijskog sustava
2.2.6. Primjena novih načina odvodnje otpadnih voda (alternativni sustavi)
2.2.6.1. Tlačna kanalizacija
2.2.6.2. Vakuumska kanalizacija
2.3. Ispusti otpadne vode

3. Procesi u tehnologiji pročišćavanja vode

Općenito

3.1. Fizikalni procesi pročišćavanja otpadnih voda
3.1.1. Rešetanje
3.1.2. Izravnavanje/ujednačivanje (egalizacija)
3.1.3. Miješanje
3.1.4. Taloženje (sedimentacija)
3.1.5. Isplivavanje (flotacija)
3.1.6. Cijeđenje filtriranje
3.1.7. Adsorpcija
3.2. Biološki procesi pročišćavanja otpadnih voda
3.2.1. Aerobni procesi
3.2.1.1. Proces s aktivnim muljem
3.2.1.2. Pročišćavanje mikroorganizama pričvršćenima na podlogu
3.2.2. Anaerobni procesi
3.2.3. Nitrifikacija i denitrifikacija
3.2.4. Uklanjanje fosfora
3.2.5. Kombinirano uklanjanje dušika i fosfora
3.3. Kemijski i fizikalno-kemijski procesi
3.3.1. Neutralizacija
3.3.2. Zgrušavanje koagulacija
3.3.3. Pahuljičenje (flokulacija)
3.3.4. Oksidacija i redukcija
3.3.5. Dezinfekcija
3.3.5.1. Kloriranje
3.3.5.2. Ozonizacija
3.3.5.3. Ultraljubičasto zračenje (UV-zračenje)
3.3.5.4. Ionizacijsko zračenje
3.3.6. Ionska izmjena
3.3.7. Membranski procesi
3.3.7.1. Reverzna osmoza (RO)
3.3.7.2. Ultrafiltracija (UF)
3.3.7.3. Mikrofiltracija (MF)
3.3.7.4. Elektrodijaliza

4. Objekti i oprema prethodnoga i I. stupnja

4. Općenito
4.1. Crpne stanice
4.2. Egalizacijski bazen (ujednačivanje dotoka otpadnih voda)
4.3. Rešetke
4.3.1. Ravna rešetka
4.3.2. Lučna rešetka
4.3.3. Rotacijska rešetka
4.4. Sita
4.4.1. Tračno sito
4.4.2. Spiralno sito
4.4.3. Kombinacija rešetke i sita
4.5. Oprema za cijeđenje i smanjivanje obujma otpada
4.5.1. Tračne prenosilice/vijci i ocjedivači
4.5.2. Preše i kompaktori
4.6. Usitnjivači
4.7. Pjeskolovi
4.7.1. Pjeskolov s horizontalnim tokom ili uzdužni pjeskolov
4.7.2. Pjeskolov s kružnim tokom ili radijalni pjeskolov
4.7.3. Prozračeni aerirani pjeskolov
4.7.3.1. Proračun prozračenoga ili aeriranog pjeskolova
4.8. Mastolov ili flotator
4.8.1. Prozračeni jednokomorni i dvokomorni pjeskolov i mastolov
4.9. Mjerač protoka
4.10. Prethodni (primarni) taložnik
4.10.1. Pravokutni ili uzdužni taložnik
4.10.2. Kružni radijalni taložnik
4.10.3. Taložnik s vertikalnim tokom vode
4.11. Kontrola rada taložnika
4.11.1. Vrijeme protjecanja
4.11.2. Brzina taloženja
4.11.3. Poremećaji zbog strujanja
4.12. Primjer izbora i dimenzioniranja uredaja veličine 4500 ES

5. Objekti i oprema II. stupnja

5.1. Pročišćavanje u prirodnim uvjetima
5.1.1 Pročišćavanje otpadnih voda u tlu i na tlu
5.1.2 Podzemna filtracija
5.1.3 Stabilizacijske bare
5.1.4. Ribnjaci
5.1.5. Građene močvare
5.1.6. Tipovi močvarnih staništa
5.1.7. Princip pročišćavanja otpadnih voda u građenoj močvari
5.1.8. Primjer uredaja sagrađenoga u autokampu Bijar
5.1.9. Osnovni troškovi izgradnje močvarnih staništa
5.2. Uređaji s aktivnim muljem
5.2.1. Oksidacijski kanali
5.2.2. Oksidacijski kanal vrste „karusel“
5.2.3. Kombinirani uređaji
5.2.4. Konvencionalni uređaj s aktivnim muljem
5.2.5. Postupno dodavanje kisika/zraka i postupno dodavanje otpadnih voda
5.2.6. Visokoopterećeni aeracijski bazeni
5.2.7. Kontaktna stabilizacija (biosorpcija)
5.2.8. Proces s potpunim miješanjem
5.2.9. Produljeno prozračivanje
5.2.10. Uređaj s čistim kisikom
5.2.11. Adsorpcijsko-biološki proces (AB-proces)
5.2.12. Uređaji za unošenje kisika u biološke reaktore
5.2.13. Naknadni taložnik
5.2.14. Povrat/recirkulacija mulja
5.2.15. Tehnologija SBR (Sequencing Batch Reactors)
5.3. Prokapnik
5.3.1. Proračun prokapnika
5.3.2. Rotirajući biološki diskovi
5.3.3. Uronjeni biorotori
5.3.4. Kombinirani sustavi
5.4. Anaerobna digestija vode
5.4.1. Uređaj u Virovitici
5.4.2. Septička jama
5.4.3. Dvokatni taložnici

6. Objekti j oprema III. stupnja

6.1. Potrebe i učinci pročišćavanja
6.2. Pješčani filtri
6.3. Uklanjanje hranjivih soli
6.3.1. Uklanjanje dušika
6.3.2. Uldanjanje fosfora
Membranski biološki uređaji (MBR)
6.4.1. Primjena uronjene membranske tehnologije u pročišćavanju otpadnih voda
Dezinfekcija
6.5.1. Zdravstvena sigurnost otpadnih voda ispuštenih iz uređaja
6.5.2. Obnovljena voda

7. Obrada mulja s uređaja za pročišćavanje vode

7.1. Podrijetlo mulja
7.1.1. Količine sirovog mulja
7.1.2. Sastav sirovog mulja
7.1.3. Svojstva sirovog mulja
7.2. Iskorištavanje sirovog mulja
7.2.1. Iskorištavanje u poljodjelstvu
7.2.2. Proizvodnja plina iz sirova mulja
7.3. Procesi obrade mulja
7.3.1. Kondicioniranje mulja
7.3.1.1. Mehaničke operacije kondicioniranja mulja
7.3.1.2. Toplinske operacije kondicioniranja mulja
7.3.2. Zgušnjavanje mulja
7.3.2.1. Gravitacijslco zgušnjavanje
7.3.2.2. Zgušnjavanje isplivavanjem
7.4. Stabilizacija mulja
7.4.1 Biološka stabilizacija
7.4.1.1. Aerobna stabilizacija
7.4.1.2. Anaerobna stabilizacija
7.4.2. Kemijska stabilizacija
7.5. Odvodnjavanje mulja
7.6. Toplinska obrada mulja
7.6.1. Vrste uređaja za toplinsku obradu
7.7. Kompostiranje mulja
7.8. Objekti za obradu mulja
7.8.1. Poljaza sušenje mulja
7.8.2. Dvokatni taložnik
7.8.3. Ozemljivanje mulja

8. Određivanje kvantitativnih i kvalitativnih značajaka otpadnih voda

8.1. Uvod
8.2. Uzorkovanje vode
8.1.1. Posuda za izuzimanje vode
8.1.2. Uzorkivač na ispiranje
8.1.3. Boca za uzorkovanje
8.2. Mjerenje protoka u otpadnoj vodi i u vodi prijamnika
8.2.1. Mjerenje razine vode i izračunavanje protoka primjenom krivulje Q-H
8.2.2. Mjerenje razine vode i srednje brzine te izračun protoka
8.2.2.1. Radarski mjerač protoka
8.2.2.2. Ultrazvučni mjerač protoka
8.2.2.3. Elektromagnetski mjerač protoka
8.2.2.4. Hidrometrijsko krilo
8.3. Skupljanje i doprema uzoraka u laboratorij na analizu
8.3.1. Mjerenje temperature vode i zraka
8.4. Ispitivanje/analiza otpadnih voda u laboratoriju
8.4.1. pH-vrijednost
8.4.2. Kemijska potrošnja kisika (KPK)
8.4.3. Biokemijska potrošnja kisika (BPK5)
8.4.4. Dušikovlanac
8.4.4.1. Amonijak
8.4.4.2. Nitrati
8.4.4.3. Ukupni dušik
8.4.5. Ukupni fosfor
8.5. Mikrobiološka ispitivanja
Pojmovnik

Prilog

1. Uređaj za pročišćavanje u Zagrebu
2. Uredaj za pročišćavanje u Splitu

O autorici

1. Značajke prirodnih voda

1.3 Izvori onečišćenja vode

Onečišćenje vode je svaka fizikalna, kemijska ili biološka promjena kakvoće vode koja štetno djeluje na žive organizme ili vodu čini neupotrebljivom za određenu namjenu.

Prirodne vode mogu biti onečišćene na različite načine, i zbog toga imati različit utjecaj na biološko-ekološke značajke vodnog sustava. Tvari koje se ispuštaju u prirodne vodotoke su potencijalni izvori onečišćenja. Mogu potjecati od više različitih izvora, u vodi se pojavljuju kao:

1.3.1 Netopive tvari

Netopive tvari (suspenzije, taloživa tvar, koloidno raspršena i plivajuća tvar) nisu podložne daljnjoj razgradnji, ali nisu ni otrovne. Njihov je utjecaj indirektno negativan jer onemogućavaju prodor svjetla. To smanjuje proizvodnju u ekosustavu a time i količinu kisika. Drugi bitan utjecaj netopivih tvari jest ugrožavanje dišnog sustava viših organizama jer se talože na ribljim škrgama, što smanjuje respiracijske mogućnosti i izaziva uginuće riba. Plivajuće tvari na vodenoj površini stvaraju opnu (film) te onemogućavaju prirodni pristup kisiku iz atmosfere u vodu.

1.3.2 Topive tvari

Topive tvari najčešće su anorganske tvari. One su rijetko zastupljene u visokim koncentracijama jer ni organizmi ni ekosustavi nisu prilagođeni na njih, odnosno topive tvari uništavaju život. Određeni broj organizama priviknuo se na četiri anorganske tvari pa one mogu biti zastupljene u većim koncentracijama. To su soli (kalcijev klorid), željezo (željezovite vode kod nas su česte), sumpor (sumporna voda) i karbonati (općenito karakteriziraju tvrdoću vode).

1.3.3 Organske tvari

Visokomolekularni organski spojevi su najstarije onečišćujuće tvari u vodi koje potječu od ljudi, biljaka i životinja. To su ugljikohidrati, bjelančevine i masti. Izvori onečišćenja tim tvarima su u gradskoj otpadnoj vodi, u industrijskim otpadnim vodama i iz prirodnog okoliša. Može se reći da je prisutnost organskih tvari stalan oblik onečišćenja prirodnih vodnih sredina i da takve tvari najviše utječu na smanjenje količine kisika u vodnom ekosustavu.

1.3.4 Toplinsko onečišćenje

Toplinsko onečišćenje jest fizikalno onečišćenje toplinom. Ono je posljedica ispuštanja toplih voda, najčešće rashladnih voda iz industrijskih ili energetskih objekata. Slično kao i svjetlo, temperatura utječe na sve značajke ekosustava, i to tako što ubrzava neke ekološke procese, a neke zaustavlja.

1.3.5 Otrovne tvari

Otrovne tvari (teške kovine, Hg, Cu, Pb, Cd, Zn itd.) u prirodne vode dospijevaju zbog ispiranja zemljišta i otapanja minerala, ali najviše iz industrijskih otpadnih voda. Otrovne tvari su sve tvari koje i u malim količinama znače opasnost za ljudsko zdravlje.

1.3.6 Radioaktivne tvari

Radioaktivne tvari u vodu dolaze zbog kemijskih i biokemijskih procesa, ugrađuju se u biomasu hranidbenog lanca, a posljedice toga je su mutagena i genetska oštećenja organizama.

1.3.7 Mikroorganizmi

Osim mikroorganizama kojima su prirodne vode stanište, također se u prirodnim vodama nalaze i mikroorganizmi koji dolaze u otpadnim vodama i hrane se organskom tvari iz njih. Otpadne vode sadržavaju brojne organske i anorganske tvari koje su mnogim heterotrofnim mikroorganizmima dobar izvor ugljika i energije. [4]

Slika 1.2. Odnos potrošnje kisika, smanjenja organskog ugljika i rasta mikroorganizama [5]

Izostavljeno iz prikaza