Hemijski tretman otpadnih voda: koagulacija, flokulacija i dezinfekcija

Koagulacija – destabilizacija koloidnih čestica

Koagulacija je hemijski proces u kome se dodavanjem koagulanata destabilizuju koloidne čestice u otpadnoj vodi, čime se omogućava njihova međusobna agregacija. Koloidne čestice, zbog svog negativnog naelektrisanja i površinskog sloja vode (električni difuzni sloj), ne mogu se lako agregisati niti gravitacijski taložiti bez prethodne destabilizacije (Crittenden i sar., 2012). Ovaj elektrostatički stabilizacioni mehanizam čini koloidne sisteme izuzetno perzistentnim u odsustvu hemijskog tretmana.

Najčešće korišćeni koagulanti u tretmanu otpadnih voda su soli aluminijuma (aluminijum-sulfat, poliAluminijum-hlorid – PAC) i soli gvožđa (gvožđe(III)-sulfat, gvožđe(III)-hlorid). Po dodavanju u vodu, ovi koagulanti hidrolizuju i formiraju pozitivno naelektrisane hidroksidne komplekse koji neutrališu negativni površinski naboj koloidnih čestica i umrežavaju ih u mikroflokuluse (Metcalf i Eddy, 2014). Optimalna doza koagulanata određuje se laboratorijskim jar-testom, pri čemu se varira doza reagensa i određuje optimum na osnovu ostatne turbidnosti i volumena nastalog floka. Temperatura vode, pH i jonska jačina rastvora značajno utiču na efikasnost koagulacije i moraju biti uzeti u obzir pri projektovanju sistema.

Flokulacija – rast floka

Flokulacija je naredni stupanj koji sledi koagulaciju i podrazumeva sporo i blago mešanje destabilisovane suspenzije radi podsticanja međusobnih sudara i aglomeracije mikroflokula u veće agregate (makroflokule) pogodne za taloženje ili flotaciju (Von Sperling, 2007). Razlikujemo ortokinetsku flokulaciju (uzrokovanu gradijentom brzine, tj. mehaničkim mešanjem) i perikinetsku flokulaciju (uzrokovanu Braunovim kretanjem čestica, relevantnu samo za nanočestice).

U praksi, bazeni za flokulaciju projektuju se sa postepenim smanjenjem gradijenta brzine mešanja od ulaznog ka izlaznom delu, čime se postiže rast floka bez mehaničkog kidanja već formiranih agregata (Crittenden i sar., 2012). Za pojačanje flokulacije, posebno pri malim koncentracijama suspendovanih materija, dodaju se polimerni flokulanti (polielektroliti) koji, zahvaljujući svojoj dugolančanoj molekulskoj strukturi, premošćuju čestice i formiraju veće, čvršće agregate. Polimerni flokulanti se primenjuju i u obradi mulja radi poboljšanja mehaničke dehidracije, što direktno utiče na operativne troškove upravljanja muljem.

Hemijsko taloženje fosfora

Hemijsko uklanjanje fosfora predstavlja jedan od najvažnijih hemijskih procesa u tretmanu komunalnih otpadnih voda, s obzirom na ključnu ulogu fosfora u eutrofikaciji vodenih ekosistema. Fosfor se hemijskim putem uklanja dodavanjem jedinjenja kalcijuma, aluminijuma ili gvožđa, koja reaguju s fosfatima i formiraju nerastvorljive taloge (Henze i sar., 2008). Ovaj pristup je posebno relevantan u slučajevima kada biološko uklanjanje fosfora nije dovoljno efikasno ili pouzdano.

Dodavanje soli gvožđa (npr. gvožđe(III)-hlorid) dovodi do reakcije s ortofosfatima i formiranja gvožđe(III)-fosfata koji je slabo rastvorljiv i lako se taloži. Aluminijum-sulfat (alum) reaguje analognim mehanizmom, formirajući aluminijum-fosfat. Vapno pri visokim pH vrednostima dovodi do precipitacije hidroksiapatita. Hemijsko taloženje fosfora može se primeniti kao predprecipitacija (na ulazu), koprecipitacija (u biološkoj fazi) ili postprecipitacija (kao tercijarni tretman), a izbor tačke doziranja i reagensa zavisi od projektnih ograničenja i zahtevanih vrednosti efluenta.

Dezinfekcija otpadnih voda

Dezinfekcija je završni korak tretmana otpadnih voda pre ispuštanja u recipijent ili ponovne upotrebe, i ima za cilj uklanjanje ili inaktivaciju patogenih mikroorganizama – bakterija, virusa, protozoa i helmintskih jaja. Efikasna dezinfekcija od ključnog je značaja za zaštitu javnog zdravlja, posebno kada se prečišćena voda ispušta u kupališta, ribnjake ili izvore pijaće vode (WHO, 2006).

Hlorisanje je istorijski najprimenjenijer metod dezinfekcije otpadnih voda i zasniva se na oksidacijskom dejstvu hlora, natrijum-hipohlorita ili hlornog dioksida na ćelijski zid i nukleinske kiseline mikroorganizama. Nedostatak hlorisanja je formiranje nusprodukata dezinfekcije – halogenisanih organskih jedinjenja (trihalometana, haloacetatinih kiselina) koji su potencijalno kancerogeni (Tchobanoglous i sar., 2014). Zbog toga je u modernoj praksi hlorisanje sve češće zamenjeno ili dopunjeno alternativnim metodama.

UV dezinfekcija zasniva se na inaktivaciji mikroorganizama UV zracima koji oštećuju DNK i RNK i sprečavaju reprodukciju patogena, bez formiranja hemijskih rezidua. UV dezinfekcija efikasna je i ekonomična, ali zahteva dobru prethodnu pripremu vode – nisku turbidnost i visoku UV transmitansu. Ozonizacija koristi ozon kao snažan oksidans koji inaktivira patogene i razgrađuje mikrozagađivače poput ostataka lekova, hormona i pesticidnih supstanci, što je značajna prednost pred konvencionalnim metodama (WEF/ASCE, 2009).

Zaključak

Hemijski procesi tretmana otpadnih voda – koagulacija, flokulacija, hemijsko taloženje fosfora i dezinfekcija – neizostavan su deo svakog savremenog PPOV koji mora ispuniti stroge emisione standarde. Optimizacija hemijskog tretmana zahteva temeljno poznavanje fizičko-hemijskih osnova procesa, pravilno dimenzionisanje opreme i kontinuirani analitički monitoring. Svaki od ovih procesa mora biti pravilno integrisanu u ukupan tehnološki lanac postrojenja i podešen prema specifičnostima lokalnih otpadnih voda. Pravilnom primenom ovih procesa postiže se ne samo zakonska usklađenost, već i stvarna zaštita vodnih ekosistema i zdravlja stanovništva.