Industrijska voda
Voda je jedna od najznačajnijih materija u prirodi, a u isto vreme i vrlo važna industrijska sirovina. Hemijski čista voda je potpuno definisanog hemijskog sastava (H2O)n, određenih fizičkih i hemijskih osobina. Prirodna voda nije hemijski čista voda jer uvek sadrži primese u rastvorenom i dispergovanom obliku. [1]
Kvalitet prirodnih voda[uredi | uredi izvor]
Kvalitet prirodnih voda je određen vrstom i količinom prisutnih primesa.
Kišnica je najčistija prirodna voda, ali i ona sadrži u sebi rastvorene gasove i nečistoće: CO2, O2, HN3, N2, SO2, H2S, H2SO4, HCI, čađ i prašinu.
Prolaskom kroz litosferu voda rastvara teško rastvorljive karbonate (krečnjake, dolomite, magnetite, siderite i dr.) i prevodi ih u rastvorne bikarbonate:
- CaCO3↓ + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2
- MgCO3↓ + CO2 + H2O → Mg(HCO3)2
- FeCO3↓ + CO2 + H2O → Fe(HCO3)2
- FeS2(pirit) + 2CO2 + 2H2O → Fe(HCO3)2 + H2S + S
- FeS2(pirit) + 2O2 → FeSO2 + S
Podzemne vode sadrže različita rastvorna jedinjenja Ca, Mg, Fe i drugih elemenata (kalcijum bikarbonat Ca(HCO3)2, magnezijum bikarbonat Mg(HCO3)2, gvožđe bikarbonat Fe(HCO3)2, fero sulfat FeSO4 i dr.). Količina rastvornih bikarbonata čini tvrdoću vode.
Površinske vode sadrže manje količine rastvornih soli pa su znatno mekše.
Rastvoreni gasovi, soli, kiseline i druge materije u prirodnim vodama mogu se nalaziti u obliku:
- - pravih rastvora: mineralne soli Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2, FeSO4, rastvoreni gasovi CO2, O2, N2 i dr.;
- - koloidnih rastvora : humusne materije, gline, masti i ulja;
- - suspenzije u vodi: pesak, krečnjak, i druge materije.
Stepen kiselosti ili bazičnosti vode označava se obično „vodoničnim pokazateljem“, tj. pH vrednošću.
Na osnovu pH vrednosti, tj. stepena kiselosti i bazičnosti vode, izrađena je skala agresivnosti voda, data je u tabeli :
| pH vrednost | 1, 2, 3 | 4, 5, 6 | 7, 8 | 9, 10, 11 | 12, 13, 14 |
| reakcija | veoma kisela | slabo kisela | neutralna | slabo alkalna | vrlo alkalna |
Da li su vode kisele, alkalne ili neutralne može se jednostavno ustanoviti pomoću crvenog i plavog lakmus papira (na osnovu promene boje) ili elektrometrijski pomoću potenciometra.
Osnovni pokazatelji kvaliteta prirodnih voda su:
- fizički: temperatura, ukus, miris, mutnoća, obojenost;
- hemijski: sadržaj organskih materija, sadržaj neorganskih supstanci, sadržaj gasova, pH vrednost, alkalitet i tvrdoća;
- bakteriološki: sadržaj živih bakterija i kolimorfnih bakterija.
Tvrdoća vode[uredi | uredi izvor]
Tvrdoća vode predstavlja sadržaj Ca i Mg jona u vodi. Ukoliko je veći sadržaj rastvornih soli Ca i Mg u vodi to je voda tvrđa. Tvrdoća vode meri se stepenom tvrdoće. Pri tome postoje nemački, engleski, francuski, i američki stepen tvrdoće. U našoj zemlji usvojen je nemački stepen tvrdoće (1°N), koji po definiciji označava sadržaj 10 mg CaO ili 7,9 mg MgO u jednom litru vode. Prema međunarodnom sistemu jedinica tvrdoća vode iskazuje se u: mg CaCO3/lit. ili u mg CaO/ lit ili pak u mol CaCO3/lit.
Ukupna tvrdoća vode predstavlja sadržaj svih soli kalcijuma i magnezijuma u vodi. Čine je: prolazna (bikarbonatna) tvrdoća i stalna (nekarbonatna) tvrdoća.
Prolazna (bikarbonatna) tvrdoća izrazena je sadržajem Ca i Mg bikarbonata u vodi. Otklanja se zagrebanjem vode do temperature 90 °C, kada dolazi do raspadanja bikarbonata na teško rastvorne karbonate koji se izdvajaju u vidu taloga na dnu suda.
Stalna (nekarbonatna) tvrdoća izražena je sadržajem svih ostalih rastvornih soli kalcijuma i magnezijuma: sulfida, hlorida, nitrata, slikata i drugih soli. Ove soli se ne mogu otkloniti zagrevanjem vode, već se izdvajaju specijalnim hemijskim postupcima (omekšavanjem vode).
Prema ukupnoj tvrdoći ukupnoj tvrdoći sve prirodne vode se dele na:
- veoma meke: (0–70 mg CaCO3/lit)
- meke: (70–140 mg CaCO3/lit)
- srednje meke: (140–210 mg CaCO3/lit)
- srednje tvrde:(210–320 mg CaCO3/lit)
- tvrde: (320–540 mg CaCO3/lit)
- veoma tvrde: (>540 mg CaCO3/lit)
Omekšavanje vode[uredi | uredi izvor]
Pod omekšavanjem vode podrazumeva se smanjenje koncentracije Ca i Mg jona u vodi. Omekšanje vode se vrši sledećim postupcima:
- termičkim putem;
- hemijskim postupcima; i
- korišćenjem menjača jona.
Termičko zagrevanje vode bazira se na zagrevanju vode do tačke ključanja, kada dolazi do raspadanja bikarbonata i stvaranja teško rastvornih karbonata. Na primer:
- Ca(HCO3)2 → CaCO3↓ + H2O + CO2↑
- Mg(HCO3)2 → MgCO3↓ + H2O + CO2↑
Na ovaj način uklanja se prolazna bikarbonatna tvrdoća, dok ostale soli kalcijuma i magnezijuma ostaju i dalje u vodi. Termičko omekšavanje najčešće se kombinuje sa drugim postupcima, kako bi se iz vode uklonile sve rastvorene soli Ca i Mg.
Hemijsko mekšanje vode svodi se na dodavanje vodi reagenasa, koji rastvorene soli Ca i Mg (sulfate, nitrate, hloride i dr.) prevode u nerastvorne: CaCO3, Mg(OH)2, fosfate itd. Najpoznatiji hemijski postupak za omekšavanje vode je soda-kreč postupak.
Uklanjanje rastvornih soli Ca i Mg jona iz voda po ovom postupku vrši se:
- unošenjem OH- jona dodavanjem gašenjem kreča Ca(OH)2; i
- unošenjem karbonatnih jona dodavanjem sode Na2CO3.
Reakcije koje se pri tome odigravaju prestavljene su sledećim jednačinama:
- Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3↓ + 2H2O
- Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 → MgCO3 + CaCO3↓ + H2O
- MgCO3 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓ + CaCO3↓
Pomoću kreča uklonjena je prolazna bikarbonatna tvrdoća. Ostale soli Ca i Mg uklanjaju se dodavanjem sode:
- CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3↓ + Na2SO4
- MgSO4 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓ + CaSO4
- MgCl2 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓ + CaCl2
- CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3↓ + 2NaCl
Posle soba-kreč postupka zaostala tvrdoća otklanja se fosfatnim postupkom dodavanjem dodavanjem Na3PO4:
- 3CaSO4 + 2Na3PO4 → Ca3(PO4)2↓ + 3Na2SO4
- 3MgSO4 + 2Na3PO4 → Mg3(PO4)2↓ + 3Na2SO4
Omekšavanje menjačima jona je postupak kojim se vrši zamena jona iz menjača sa jonima iz vode koji čine tvrdoću (Mg++, Ca++).
Menjači jona su čvrste neorganske ili organske materije nerastvorne u vodi.
Najpoznatiji neorganski menjač jona je prirodni mineral zeolit. Zeolitit su K- i Na- joni iz menjača ne budu zamenjeni jonima Ca2+ i Mg2+ iz vode. S obzirom da u toku procesa dolazi do zasićenja menjača, to se vrši njegova povremena regeneracija predođenjem zasićenog rastvora NaCl preko menjača.
Organski menjači jona mogu da budu anjonskog ili katjonskog karaktera. Po izlasku iz katjonskog menjača voda je potpuno meka, odnosno tvrdoća joj je praktično nula. Pri ovako niskoj pH vrednosti obrazuje se ugljena kiselina zbog čega se voda mora podvrgnuti degazaciji (uklanjanju ugljene kiseline). Ostale kiseline nastale u procesu omekšavanja uklanjaju se anjonskim menjačima.
Rudničke i industrijske vode i njihov kvalitet[uredi | uredi izvor]
Rudničke vode sadrže znatnu količinu rastvornih soli i kiselina, kao što su: rastvori sulfata gvožđa, bakra, kalcijuma i dr., slobodnu sumpornu kiselinu, natrijum hlorid, hloride kalijuma i magnezijuma i dr.
U rudnicima uglja sa primesama pirita FeS2, rudnička voda sadrži veliku količinu sulfata i slobodnu sumpornu kiselinu, koji nastaju po sledećim reakcijama:
- 2FeS2 + 2H2O + 7O2 → 2FeSO4 + 2H2SO4
- 2FeSO4 + H2SO4 + O2/2 → Fe2(SO4)3 + H2O
- 2FeS2 + 7,5O2 + H2O → Fe2(SO4)3 + H2SO4
Rastvor mešavine Fe2(SO4)3 i H2SO4 vrlo je korozivan i jako nagriza gvozdenu opremu u rudniku, a po hemijskoj jednačini:
- Fe2(SO4)3 + Fe → 3FeSO4
- H2SO4 + Fe → FeSO4 + H2
Kisele runičke vode sa pH<6 u stanju su da brzo korodiraju pumpe, odvodne cevi, transportne mehanizme i drugu opremu od čelika, livenog gvožđa, bronze i dr. Ove vode lako korodiraju nezaštićene portland cemente i betone, štetno deluju na drvo, zaštitnu odecu i zdravlje rudara.
Talozi nastali iz rastvornih soli mogu vrlo brzo suziti odvodne cevi, ventile, krivine, radna kola pumpi za vodu itd. U nekim rudnicima centrifugalne pumpe se moraju posle svakih 1000 radnih sati, rastaviti i očistitiod nastalih naslaga.
Industrijske vode ne smeju da imaju visok stepen tvrdoće, niti da sadrže agresivne gasove ugljen-dioksid, kiseonik i dr. Moraju imati pH vrednost između 6,5 i 8.
Industrijske vode se koriste za: hlađenje, napajanje termičkih postrojenja i kao tehnološke vode u industrijskim procesima.
Kvalitet tehnološke vode u pripremi mineralnih sirovina može bitno da utiče na na proces koncentracije( aktiviranje i deprimiranje čestica) i utrošak reagenasa.
Industrijske otpadne vode i njihovo prečišćavanje[uredi | uredi izvor]
Industrijske otpadne vode sadrže različite štetne komponente, koje predstavljaju zagađenost vode. Primese u industrijskim otpadnim vodama dele se na:
- mineralne (neorganske) primese-sadrže ih otpadne vode mašinske i metalurške industrije, pogoni za preradu rude i uglja, pogoni građevinskih materijala i dr.
- organske primese- nalaze se u otpadnim vodama pogona za preradu nafte, celuloze, plastičnih masa, kaučuka itd.
Otpadne vode naftoprerađivačke, naftohemijske, tekstilne industrije i drugih industrijskih grana, sadrže u sebi u manjim ili većom količinama primese kako organskog tako i neorganskog porekla.
Prema stepenu agresivnosti, odnosno pH vrednosti, otpadne vode se dele na:
- slabo agresivne sa pH od 6-6,5 ili sa pH od 8-9
- jako agresivne sa pH<6 i sa pH>9
- neagresivne sa pH od 6,5-8.
Za prečišćavanje industrijskih otpadnih voda koriste se: mehaničke, hemijske, fizičko-hemijske i biološke metode prečišćavanja.
Prečišćene otpadne vode mogu se ponovo mogu se ponovo koristiti u industrijskim procesima (sistem korišćenja povratnih voda).
Iz industrijskih otpadnih voda mogu se izdvojiti korisne supstance, koje predstavljaju zagađenost vode, a u stvari su neizbežni gubici u procesu proizvodnje, sto je naročito karakteristično za PMS. Načini izdvajanja korisnih materija iz industrijskih otpadnih voda su veoma različiti u zavisnosti od vrste supstance-zagađivača( npr. izdvajanje teških metala iz ovih voda vrši se hemijskim i fizičko-hemijskim metodama).
Mehaničko prečišćavanje otpadnih voda[uredi | uredi izvor]
Industrijske otpadne vode sadrže nerastvorene organske i neorganske primese. Izdvajanje ovih primesa vrši se mehaničkim načinom prečišćavanja.
Mehaničko prečišćavanje industrijskih otpadnih voda obuhvata: ceđenje, taloženje i filtriranje. Da bi se povećala brzina taloženja i filtriranja čestica iz vode dodaju se hemijski reagensi (koagulanti ili glokulanti).
Za mehaničko prečišćavanje otpadnih voda primenjuje se:
- za ceđenje: rešetke i mreže;
- za izdavanje primesa: taložnici, filtri od kvarcnog peska, granita, antracita itd., zatim mikrofiltri, hidrocikloni, separatori i taložne centrifuge.
Odstranjivanje mehaničkih primesa iz rudničke vode vrši se u vodosabirnicima, gde se taloženjem najpre izdvoje grube čestice materijala iz vode. Izdvajanje najsitnijih mehaničkih primesa postiže se filtriranjem uz dodavanje koagulanata.
Mehaničko prečišćavanje se po pravilu koristi kao prethodno prečišćavanje, a ređe kao konačni način prečišćavanja otpadnih voda.
Hemijsko prečišćavanje otpadnih voda[uredi | uredi izvor]
Osnovne metode hemijskog prečišćavanja industrijskih otpadnih voda su: neutralizacija i oksidacija.
Neutralizacija se primenjuje kod otpadnih voda koje sadrže u većim količinama kiseline i baze, tj. kod voda čiji je pH manji od 6,5 (kisele vode) i kod voda sa pH većim od 8,5 (alkalne vode). Veću opasnost za koroziju cevovoda i drugih rudarskih postrojenja predstavljaju kisele vode, kojih ima i znatno više od alkalnih.
Neutralnim vodama smatraju se vode sa pH vrednošću od 6,5-8,5.
Postupcima neutralizacije iz otpadnih voda se ostranjuju sumporna kiselina H2SO4, azotna kiselina HNO3, sona kiselina HCI ili njihove mešavine. Ređe se sreću azotna kiselina HNO2, fosforna kiselina H3PO4, sumporasta kiselina H2SO3, kao i neke organske kiseline, npr. sirćetna kiselina CH3COOH i dr.
Postupci neutralizacije koji se danas najčešće koriste su:
- uzajamna neutralizacija kiselih voda sa baznim vodama;
- neutralizacija reagensima (rastvori kiselina, gašeni kreč, soda, kaustična soda i dr.);
- Filtriranje kroz aktivne materije (kreč, krečnjak, dolomit, magnezit, kreda itd.).
Oksidacija se primenjuje kod otpadnih voda koje sadrže toksične materije, npr. cijadide ili kompleksne cijanide Cu i Zn, vodoniksulfid i druge sulfide.
Postupak oksidacije se koristi kod otpadnih voda mašinske industrije (pogoni galvanizacije), postrojenja za preradu rude (flotacija Pb-Zn rude i Cu rude), naftno-hemijske industrije, pogona za proizvodnju celuloze itd.
Kao oksidansi najčešće se koriste: hlor, hlorni kreč, ozon, tehnički O2, Ca hipohlorit, na hipohlorit, hlordioksid i dr.
Najčešće korišćen postupak oksidacije otpadnih voda je sa hlorom i njegovim jedinjenjima. Ovaj postupak se koristi za prečišćavanje voda od cijanida, sumporvodonika, metilmerkaptana i drugih organskih i neorganskih jedinjenja. Ova jedinjenja prisutna su u otpadnim vodama separacija, flotacija, pogone suve destilacije uglja, hidrometalurških postrojenja itd.
Fizičko-hemijsko prečišćavanje otpadnih voda[uredi | uredi izvor]
Fizičko-hemijske metode prečišćavanja otpadnih voda mogu se koristiti kao samostalne metode, ili zajedno sa druhim metodama prečišćavanja ( mahaničkim, hemijskim i biološkim ).
U fizičko-hemijske metode prečišćavanja spadaju: koagulacija, flokulacija, ekstrakcija, jonska zamena, floatacija dializa, uparivanje, kristalizacija, magnetna obrada, elektrokoagulacija, elektrofiltracija i druge metode.
- Koagulacija je proces u kome dolazi do obrazovanja krupnijih čestica, od većeg broja prvobitnih čestica malih dimenzija. Čestice se međusobno spajaju na bazi molekulskih sila.
U otpadnim vodama nalaze se: čvrste čestice koloidnih dimenzija (kaolin, glina, cement i dr.), tečne čestice koloidnih dimenzija (nafta, proizvodi prerade nafte, smola i dr.), kao i druge čestice većih dimenzija. Prisutne čestice raznih dimenzija u industrijskim otpadnim vodama nalaze se u obliku emulzija ili suspenzija. Čestice dimenzija iznad 10 µm lako se uklanjaju mehaničkim postupcima, dok se čestice ispod 10 µm uklanjaju metodama koagulacije.
- Flokulacija je jedan oblik koagulacije, pri kojoj sitne koloidne čestice ( ispod 10 µm )
Pod uticajem sprecijalno dodatih supstanci flokulanata, obrazuju krupne pahuljaste čestice, koji se lako talože i uklanjaju mehaničkim metodama. Metode koagulacije i flokulacije primenjuju se za prećišćavanje otpadnih voda hemijske, naftnoprerađivačke, tekstilne i drugih industrija.
- Metoda flotacije se primenjuje za prečišćavanje industrijskih otpadnih voda koje sadrže površinski aktivne materije: naftu, proizvode prerade nafte, masti, vlaknaste materije i dr. Postupak flotacije sastoji se u obrazovanju gasnih mehurića, tj kompleksa „čestica-mehurić-vazduh“, nihovom isplivanju na površinu i povremenom uklanjanju sloja pene sa površine vode koja se prečišćava. Vezivanje čestica prisutnih u otpadnim vodama za vazdušne mehuriće moguće je samo onda kada su čestice nekvašljive, odnosno malo kvašljive vodom.
- Ekstrakcija se koristi za prečišćavanje otpadnih voda koje sadrže veće količine organskih supstanci (fenole, masne kiseline i dr.). Ove materije istovremeno prestavljaju korisne supstance, koje se nakon izdvajanja mogu dalje koristiti.
Biološke metode prečišćavanja otpadnih voda[uredi | uredi izvor]
Biološke metode prečišćavanja se koriste za uklanjanje raznih organskih supstanci iz industrijskih otpadnih voda. Biološka oksidacija organskih supstanci je prirodni proces, a odigrava se u prisustvu mikroorganizama (bakterija).
U biološkom prečišćavanju industrijskih otpadnih voda učestvuju heterotrofne i autotrofne bakterije, pri čemu razvitak jedne ili druge grupe bakterija zavisi od uslova rada sistema.
Biološko prečišćavanje industrijskih otpadnih voda može se vršiti u anaerobnim uslovima ( u odsustvu rastvorenog kiseonika u vodi) ili u aerobnim uslovima (u prisustvu rastvorenog kiseonika u vodi).
Efikasnost procesa biološkog prečišćavanja zavisi od niza faktora, kao što su: temperatura, pH sredine, prisustva biogenih elemenata, kiseonika, toksičnih materija itd. Optimalna temperatura za aerobne procese je 20-30 °C, pri kojoj je razmnožavanje i razvitak mikroorganizama najintezivniji.
Za biološko prečišćavanje otpadnih voda potrebno je da pH sredine bude u intervalu od 5-9, izvan ove oblasti usporavaju se procesi. Optimalna oblast pH je od 6,5-7,5 (neutralna sredina).
Vidi još[uredi | uredi izvor]
Reference[uredi | uredi izvor]
- ^ [* S. Trajković, S. Lutovac, R. Tokalić, L. Stojanović (2010), "Osnovi rudarstva", Beograd, str.225]
Literatura[uredi | uredi izvor]
- S. Trajković, S. Lutovac, R. Tokalić, L. Stojanović (2010), "Osnovi rudarstva", Beograd ; str.225-231
- Pearce, Fred (2006). When the Rivers Run Dry: Water—The Defining Crisis of the Twenty-First Century. Beacon Press. ISBN 978-0-8070-8572-1.
- Sustaining Water for All in a Changing Climate The International Bank for Reconstruction and Development-The World Bank, 2010.
- The World Bank on private water operations in rural communities The World Bank, 2010.
- The World Bank on public-private water mechanisms for urban utilities The World Bank. 2009. ISBN 978-0-8213-7956-1..
- Vazken Andréassian and Jean Margat, Rivers and Rivals. Quae publishing, Versailles. 2012. ISBN 978-2-7592-1706-9..
