Univerzitet u Novom SaduPrirodno-matematički fakultet

h b h š ž dDepartman za hemiju, biohemiju i zaštitu životne sredineUdruženje za unapređenje zaštite životne sredine „Novi Sad“Fondacija "Docent dr Milena Dalmacija"

NOVI PRISTUP KARAKTERIZACIJI OTPADNIH VODA

dr Milena Bečelić-Tomin

Novi Sad 21-23. septembar, 2016.

d k k d h dTrendovi u karakterizacija otpadnih voda i prilagođavanje promenama

• Prilagođavanje karakterizacije otpadnih voda promenama i novim zahtevima standarda kvaliteta recipijentaP či ži lj j iš ( b• Promene u načinu življenja stanovništva (upotreba preparata u domaćinstvima, ušteda vode...)• Industrija (uvođenje novih hemikalija u proceseIndustrija (uvođenje novih hemikalija u procese proizvodnje, savremena tehnološka rešenja tretmana otpadnih voda)

Karakterizacija otpadnih voda u službi novih trendova monitoringa

• Moderne tehnologije u karakterizaciji otpadnih voda umesto „jednostavnih za merenje parametara“• Matematičko modelovanje u dizajnu, analizi i kontroli sistema za prečišćavanje otpadnih vodaP litičk t h l ij ilj ć j l ž ih• Procesne analitičke tehnologije u cilju praćenja složenih procesa (biokonverzija)• Karakterizacija primenom hemometrijskih j p jmultivarijacionih analiza • Korišćenje tehnika iz primenjene mikrobiologije u k k i ijikarakterizaciji

Otpadne vode prema poreklu/različite zagađujuće materijematerije• Komunalne otpadne vode – upotrebljene vode iz domaćinstva, ustanova, škola, bolnica, ugostiteljstva itd.;ustanova, škola, bolnica, ugostiteljstva itd.;• Industrijske otpadne vode – upotrebljene vode iz industrijskih pogona;• Otpadne vode iz objekata za gajenje stoke (farmi) – najčešće nastaju mokrim izđubrivanjem iz objekata za uzgoj svinja itd ;mokrim izđubrivanjem iz objekata za uzgoj svinja itd.;• Atmosferske otpadne vode – padavine koje se spiraju sa gradskih po-vršina i površina na prostoru industrijskih pogona i odnose različite materije koje se mogu zateći na tim prostorima;materije koje se mogu zateći na tim prostorima;• Ocedne otpadne vode sa deponija komunalnog i drugog otpada.

Otpadne vode prema mestu nastanka u i l iji/ liči i k lji k liinstalaciji/različiti pokazatelji kvaliteta• Zagađujuće materije u otpadnoj vodi na mestuZagađujuće materije u otpadnoj vodi na mestu ispusta (po pojedinačnim izlivima- po pojedinačnim postrojenjima, na zajedničkom izlivu nakon spajanja pojedinačnih tokova otpadnih voda)• Zagađujuće materije u otpadnoj vodi unutar postrojenja za prečišćavanje (po različitim procesnim jedinicama tretmana)procesnim jedinicama tretmana)

Tokovi otpadnih voda/Tačke i imonitoringaJedinice tretmana

Recipijent

Postrojenja Uređaj za prečišćavanje otpadnih voda

INSTALACIJA

M it i l tiMonitoring saglasnostiOperativni monitoring

Karakterizacija u okviru operativnogKarakterizacija u okviru operativnog monitoringa• Parametri fizički i hemijski• Parametri: fizički i hemijski • Parametre definiše operater na osnovu zahteva u zakonodavstvu ukoliko su dati ili na osnovu tehničke dokumentacije• Primeri preporučenih parametara: pritisak ili temperatura kt t š j i i k ti l it iu reaktoru; potrošnja sirovina; kontinualan monitoring procesnih parametara koji su relevantni za kasniji tretman otpadnih voda (protok otpadnih voda, pH, temperatura); sadržaj kiseonika u biološkoj jedinici za tretman otpadnih voda

PRIMERI

Karakterizacija otpadnih voda i muljeva u ilj ć j d j jcilju praćenja rada postrojenja za

prečišćavanje otpadnih voda

Praćenje rada postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda• Mesta monitoringa: na ulazu u postrojenje, na pojedinačnim fazama procesa prečišćavanja, na izlazu iz p j p p j ,postrojenja. • Omogućuje:• optimizaciju procesa prečišćavanja podešavanjem unosa hemikalija, retencionog vremena i ostalih faktora. • redukciju troškova i dostizanje graničnih vrednosti emisije• redukciju troškova i dostizanje graničnih vrednosti emisije.

I primer-Karakterizacija gradskih otpadnih dOtpadne vode koje potiču

vodaod ljudske zajednice

Komunalne otpadne vodeIndustrijske otpadne vodeOtpadne vode iz ostalih privrednih objekataInfiltracione (u kanalizaciju)Atmosferske otpadne vodeOcedne otpadne vodeIz septičkih jama otpadne vode

I i K kt i ij d kih t d ih dI primer-Karakterizacija gradskih otpadnih voda,sistem kontrolnih mera• Operativni monitoring kontrolnih mera omogućuje operateru da prati u prikladnom vremenskom perioduoperateru da prati u prikladnom vremenskom periodu efektivnost upravljanja i performanse sistema i preduzme neophodne aktivnosti remedijacije ukoliko i kada su t bpotrebne. • Vremenski interval sprovođenja operativnog monitoringa može da varira, na osnovu kontrolnih mera, npr. on-line/za o e da va a, a os ovu o t o e a, p o e/ aneposrednu kontrolu hemijskog procesa ili godišnje za praćenje strukturnog integriteta.

Određivanje kontrolnih mera sistemaOdređivanje kontrolnih mera sistema• Identitet i broj kontrolnih mera su sistem specifični i određeni brojem i prirodomspecifični i određeni brojem i prirodom hazarda i veličinom povezanih rizika• Kontrolne mere reflektuju verovatnoću i• Kontrolne mere reflektuju verovatnoću i posledice gubitka kontrole

KONTROLNE MERE b d i j d fi i li i i• KONTROLNE MERE treba da imaju definisane limite operativne aktivnosti-OPERATIVNE LIMITE-primenjive na OPERATIVNE MONITORING PARAMETREUk lik MONITORINGOM d k ž d i i• Ukoliko se MONITORINGOM dokaže da su operativne granice prekoračene, primenjuju se UNAPRED ODREĐENE KOREKTIVNE AKCIJE Z j di k l d ij “KRITIČNIH GRANICA” j• Za pojedine kontrolne mere, druga serija “KRITIČNIH GRANICA” je potrebna, van kojih se u potpunosti gubi poverenje u kvalitet vode koji se bezbedno može ispustiti u recipijent. Ova prekoračenja zahtevaju hitne akcijehitne akcije.

Kontrolne mere imaju brojne operativne zahteve, klj č j ćiuključujući:Operativne monitoring parametre koji se mogu meriti i za koje se mogu postaviti limiti kako bi se definisala operativna efektivnost aktivnosti;Operativne monitoring parametre koji se mogu pratiti sa dovoljnom frekvencijommogu pratiti sa dovoljnom frekvencijom kako bi se propusti otkrili blagovremeno;

P d k k i k ij k jProcedure za korektivne akcije koje se implementiraju kao odgovor na odstupanje od limita

Frekvencija ispitivanjaFrekvencija ispitivanjaZavisi od:Zavisi od:• varijabilnosti parametara• vrste procesa i postrojenja

Vi l i ž ji d iVizuelnim zapažanjima sprovedenim na dnevnoj osnoviIn-situ merenjima (manuelnim iliPerformanse

postrojenja se mogu proceniti

In-situ merenjima (manuelnim ili automatskim)Laboratorijskim analizama uzoraka (na licu mesta ili van lica mesta)g p mesta ili van lica mesta)Sistematskim nadzorom prema aktuelnom k dzakonodavstvu

Primer kontrolnih mera i karakterizacije otpadnih voda/muljevavoda/muljevaProcesna jedinica tretmana Kontrolna mera/

KarakterizacijaPrimarno taloženje -kontrola nivoa mulja i obezbeđenje neseptičnih uslovai dič li t ij lj-periodična analiza suve materije muljaAktivan mulj -održavanje optimalne koncentracije kiseonika 1.5-2 mg/l-periodična provera rastvorenog-periodična provera rastvorenog kiseonika na različitim profilima u rezervoaru-kontrola biomase: suspendovane materije, čvrste materije u povratnom mulju, mikroskopski pregled, respirometrijaFinalno taloženje i finalni efl ent Amonijak ortofosfati s spendo aneFinalno taloženje i finalni efluent Amonijak, ortofosfati, suspendovane materije, HPK

II primer Karakterizacija industrijskih otpadnihII primer-Karakterizacija industrijskih otpadnih voda (tekstilna industrija), početak rada uređaja ili problemi u toku radaproblemi u toku rada• Dobro upravljanje postrojenjem zahteva:• određeni nivo razumevanja ukupne funkcije postrojenja, • rad pojedinačnih jedinica,• praćenje njihove funkcije i • dijagnostikovanje i rešavanje problema.

II primer-Karakterizacija industrijskih otpadnih voda (tekstilna industrija), početak rada uređaja ili problemi u toku radaProcesna jedinica: Primaran SvrhaProcesna jedinica: Primaran tretman

Svrha

-Mehaničko uklanjanje/razdvajanje j j / j jčestica, komada tkanine na osnovu veličine

-Sprečavanje oštećenja procesne opreme, negativnog uticaja na kvalitet efluenta

-Egalizacioni bazen -Egalizacija protoka i sastava otpadne vode pre ostalih jedinica tretmana, adekvatna kontrola pH i smanjena potreba za trošenjem hemikalija zapotreba za trošenjem hemikalija za neutralizaciju, obezbeđenje hrane biološkom sistemu u periodu kada pogon ne radi, prevencija ulaska toksičnih materija visokih koncentracija u biološki sistem

Procesna jedinica SvrhaNeutralizacija, kontrola pH podešavanjem pH na 6-8 Priprema za biološki treman, optimizacija potrošnje hemikalija u procesu koagulacije i flokulacijeA ij U bi l šk iljAeracija -U biološkom procesu u cilju obezbeđivanja kiseonikamikroorganizmima za degradaciju organskih materijag j-U tanku za egalizaciju u cilju obezbeđenja mešanja i redukcije potrebe za kiseonikom oksidacijom jedinjenja prisutnih u otpadnoj vodijedinjenja prisutnih u otpadnoj vodi

Procesna jedinica SvrhaKoagulacija i flokulacija Redukcijaopterećenje otpadnih voda uklanjanjem ukupnih suspendovanih materija, BPK5 i HPK (deo suspendovanih materija su organskesuspendovanih materija su organske materije)Gravitaciona separacija, sedimentacija Uklanjanje zaostalih suspendovanihmaterijaj

Procesna jedinica SvrhaKoagulacija i flokulacija Redukcija opterećenje otpadnih voda uklanjanjem ukupnih suspendovanih materija, BPK5 i HPK (deo suspendovanih materija su organskesuspendovanih materija su organske materije)Gravitaciona separacija, sedimentacija Uklanjanje zaostalih suspendovanihmaterijaj

Procesna jedinica SvrhaSekundaran tretman Uklanjanje ili redukcija organskih ineorganskih jedinjenjaTercijaran tretman Uklanjanje specifičnih vrstareziduala nakon biološkogreziduala nakon biološkog tretmana

Lista parametara koji se mogu pratiti na različitim mestima uzorkovanjana različitim mestima uzorkovanja

Jedinica Parametar Mesto uzorkovanja

Egalizacioni bazen pH, ukupne rastvorene i suspendovane IzlivEgalizacioni bazen pH, ukupne rastvorene i suspendovane materije, BPK, HPK, temperatura

Izliv

Bazen za neutralizaciju pH Izlaz, kako bi se obezbedilo da su j p ,kiseline ili baze dobro izmešane

Koagulacija pH Izlaz

Flokulacija

Primarni taložnik ukupne rastvorene i suspendovane materije, BPK, HPK, pH

Izliv

Biološki reaktor Rastvoreni kiseonik, pH, temperatura, mikroskopsli pregled

U aeracionom bazenu

Sekundarni taložnik BPK, HPK, ukupne suspendovane materije

Izlivmaterije

Finalni efluent ukupne rastvorene i suspendovane materije, BPK, HPK, pH

Izlaz

Režim monitoringaRežim monitoringa

• Dnevno: pH (ukoliko nije kontinualno); rastvoreni kiseonikp ( j );u biološkom reaktoru (ukoliko nije kontinualno); taložive materije nakon 30 min (u postrojenju sa aktivnim muljem); bojaboja• Nedeljno: koncentracija suspendovanih materija u toku procesa sa aktivnim muljem; indeks mulja (u postrojenju sa aktivnim muljem); ukupne suspendovane i rastvorene materije i HPK• Mesečno: BPK• Mesečno: BPK• Kvartalno (ukoliko nisu od interesa): metali• Ostalo specificirano zakonodavstvomOstalo specificirano zakonodavstvom

PRIMERIPRIMERI BAT, karakterizacija/frekvencija

Frekvencija pracenja ključnih procesnih parametara i emisijaFrekvencija pracenja ključnih procesnih parametara i emisija u vodu za postrojenja koja podležu izdavanju IPPC dozvolePrimer: proizvodnja pulpe, papira, kartonaMonitoring procesnih parametara FrekvencijaProtok vode temperatura i pH KontinualnoProtok vode, temperatura i pH KontinualnoP i N sadržaj u biomasi, indeks mulja, višakamonijaka i orto-fosfata u otpadnoj vodi, imikroskopski pregled biomase Periodičnomikroskopski pregled biomaseProtok i sadržaj metana produkovanog u anaerobnom tretmanu otpadnih voda KontinualnoSadržaj H2S i CO2 u biogasu produkovanom u anaerobnom tretmanu otpadnih voda Periodično

P F k ijParametar Frekvencija monitoringaHPK DnevnoBPK5 NedeljnoSuspendovane materije DnevnoUkupni neorganski azot NedeljnoUkupni neorganski azot NedeljnoUkupni fosfor NedeljnoAdsorbujući organski halogenidi Mesečno ili (AOX) dvomesečno (u zavisnosti od mlinova koji se koriste)

F k ij j klj č ih ih iFrekvencija pracenja ključnih procesnih parametara i emisija u vodu za postrojenja koja podležu izdavanju IPPC dozvoleIPPC dozvolePrimer: hemijska industrijaKljučni procesni parametri

Frekvencija Mesta uzorkovanjaProtok, pH, temperatura Kontinualno Na ulazu u predtretman i finalni tretman

Parametri Frekvencija Mesta uzorkovanjaHPK, Ukupan neorganski N Ukupan Dnevno Na ispustu u recipijentneorganski N, Ukupan P recipijentAOX, metali MesečnoT k ič U i i dToksičnost U zavisnosti od procene rizika u inicijalnojkarakterizacijikarakterizaciji

Praćenje ostalih procesnih parametaraPraćenje ostalih procesnih parametara Primer: štavljenje kože i krznaParametar Frekvencija PrimenjivostMerenje potrošnje vode u Najmanje jednom mesečno Na postrojenja sa mokrom dve procesne faze: do štavljenja i nakon štavljenjai evidentiranje proizvodnjeu istom periodu

obradomEvidentiranje količineprocesnih hemikalija koje se koriste u svakom korakuprocesa i evidentiranje

Najmanje jednom godišnje Generalno, na sva postrojenjaprocesa i evidentiranje proizvodnje u istom perioduMerenje pH i redoks potencijala u tečnoj fazi k l ž ih k b Kontinualno Odnosi se na postrojenjakoja koriste vlažne skrubere k k bi jil i ijnakon vlažnih skrubera kako bi se smanjila emisijavodonik -sulfida i amonijakau vazduhu

Analiza ulaz - izlaz sa hemijskim inventarom

P i i i d b d ž j t j jPrincipi dobrog održavanja postrojenja• pažljiv odabir i kontrola supstanci i sirovina;• pažljiv odabir i kontrola supstanci i sirovina;• analiza ulaz - izlaz sa hemijskim inventarom, uključujući količine i

toksikološka svojstvai i i i j t b h ik lij d i i l i t b• minimiziranje upotrebe hemikalija do minimalnog nivoa potrebnog

za specifikacije kvaliteta finalnog proizvoda;• pažljivo rukovanje i skladištenje sirovina i gotovih proizvoda u cilju

j j i j t č ti j k id t i i j dsmanjenja prosipanja tečnosti, pojave akcidenata i rasipanja vode;• praćenje kritičnih parametara procesa kako bi se osigurala

stabilnost procesa proizvodnje;• redovno održavanje sistema za tretman otpadnih voda;• pregled opcija za ponovnu upotrebu vode

Analiza ulaz - izlaz sa hemijskim inventarom, uključujući količine iinventarom, uključujući količine i toksikološka svojstva

O tScenarioNadležni organ(olakšava proces donošenja odluka o validnosti sprovedenogOperater(olakšava sprovođenje “samo-monitoringa” u smislu njegovog obima, emisije

zagađujućih materijavalidnosti sprovedenog “samo-monitoringa”) j g g ,finansijskih i ljudskih resursa)

Emisija zagađujućih materija:U toku proizvodnje, kada su one proizvodi ili intermedijeri (faza u životnom ciklusu proizvoda-proizvodnja) Konverzijom (kada su one intermedijeri) u drugeKonverzijom (kada su one intermedijeri) u druge supstance koje su krajnji proizvodi ili dalje intermedijeri (faza u životnom ciklusu proizvoda-industrijska upotreba)Primenom kao dodatak procesu u jednoj ili više operativnih jedinica (faza u životnom ciklusu proizvoda-industrijska upotreba)industrijska upotreba)

h k dPrimer, hemijska procesna industrijaPrioritizacija hemikalija u karakterizaciji:Prioritizacija hemikalija u karakterizaciji:• Godišnja količina• FunkcijaFunkcija• Procesi• Osobine supstance• Osobine supstance• Broj supstanci• Fa a ži otnog cikl sa• Faza životnog ciklusa

Aspekt “životni ciklus” supstance u hemijskoj procesnoj industrijiPROIZVODNJA

• Prirodno postojeće supstance dobijene iz prirodnih materijala operativnom jedinicom kao što je ekstrakcija i destilacija

• Supstance nastale hemijskim reakcijama i koriste se kao dodaci ili kao proizvodi u svim industrijskim kategorijama (krajnji produkti)

• Intermedijeri npr hemijska jedinjenja koja su sintetisana i koriste se

FORMULACIJA

Intermedijeri, npr. hemijska jedinjenja koja su sintetisana i koriste se u kasnijim sintezama kompleksnijih proizvoda

• formulacija određenih katalizatoraFORMULACIJA • formulacija određenih katalizatora• formulacija hemijskih proizvoda (boje i lepila)

INDUSTRIJSKA PRIMENA

TRETMAN OTPADA

Intermedijeri, procesni dodaci, pomoćni materijali

procesni dodaci, pomoćni materijali se uklone i deponuju.Finalni proizvodi i intermedijeri mogu takođe završiti u otpadnom toku nakon sinteze i

čišć j k i i dij i k

PONOVNA

prečišćavanja kao i intermedijeri nakon reakcije tj. procesa

PRIMENA npr. rastvarač koji se koristio kao reakcioni medijum se ponovo koristi ilikorišćenje viška nekog reaktanta

Faktori uticaja na emisijeFaktori uticaja na emisije• Funkcije supstanceFunkcije supstance• Fizičko-hemijske osobine• Procesni uslovi• Vrsta korišćene opreme• Vrste procesa• Vrsta reakcije• Serije pojedinačnih procesnih koraka

Funkcija supstance, primer sredstva za ciscenje/ pranje i aditiviPROIZVODNJA

FORMULACIJA

INDUSTRIJSKA PRIMENA

INDUSTRIJSKA PRIMENA

Hemijska industrija Ostali industrijskiHemijska industrija Ostali industrijski sektori

Fizičko-hemijske osobineFizičko hemijske osobineNAPON PARE VAZDUH

HENRIJEV KOEFICIJENT

RASTVORLJIVOST U VODI

OTPADNA VODA

Osnovni tokovi otpadnih vodaOsnovni tokovi otpadnih voda• Otpadna voda od čišćenjaOtpadna voda od čišćenja • Otpadna voda iz operativnih jedinica (skruberi, dekanteri),),• Reakciona voda,• Voda kao reakcioni proizvod,Voda kao reakcioni proizvod,• Procesna voda kao intermedijerni proizvod

Mesta uzorkovanja za karakterizaciju otpadnih voda -generalno• Nakon primene tehnike za odvajanje i ponovnu upotrebu materijala iz otpadnih tokova• Nakon primene tehnike za tretman otpadnih voda „na izvoru“ ili specifičnog predtretmana pre tretmana na centralnom postrojenju na lokaciji u cilju proverecentralnom postrojenju na lokaciji u cilju provere efikasnosti datih tehnika• Po tokovima otpadnih voda koji sadrže određene ( ) k ć b kl lsupstance (AOX) koje neće biti uklonjene na centralnom postrojenju i štetne supstance po dalji tretman na centralnom postrojenju (rastvarači iz pogona ekstrakcije p j j ( p g jaromata)

Nekontaminirane

Otpadne vode

Kontaminirane Nekontaminirane

Kanalizacioni sistem

OrganskeNeorganske RECOVERYtehnikeNF / RO

AdsorpcijaEkstrakcija/destilacija

Teški metali

Polutanti nepodobni

Tehnike redukcije zagađenja

EvaporacijaStripping/gas

Soli i/ili kiseline

Soli i/ili kiseline

za biološki tretman

zagađenja(nebiodegradabilne)

OksidacijaRedukcijaHidroliza

Incineracija

Slobodna uljaUgljovodonici

Bi d d bil

Tehnike redukcije zagađenja

(biodegradabilne)Biološki tretman

Biodegradabilne supstance

Perzistentne ili toksične organske materijematerije

Recipijent

HVALA NA PAŽNJI!