Uticaj ozona na uklanjanje zagađujućih materija iz površinske vode procesima koagulacije flokulacije i obsorpcije

Abstract

U radu je izvršena karakterizacija sirove (površinske) vode na lokalitetima: akumulaciono jezero, nizvodna deonica do izvorišta namenjenog za vodosnabdevanje, na lokalitetu samog izvo-rišta i na ulazu u poluindustrijsko istraživačko postrojenje. Ustanovljene su sledeće karakteristike sirove vode: eutrofne karakteristike akumulacionog jezera u vremenskom periodu od kraja juna do sredine septembra meseca; fekalna zagađenost deonice od akumulacionog jezera do izvorišta na-menjenog za vodosnabdevanje; veliki raspon temperature u toku godine (4-19ºC); niske vrednosti mutnoće vode u najvećem delu godine uz povremen i kratkotrajan izrazit porast ovog parametra (<1 NTU do >90 NTU); promena sadržaja organskih materija u vodi (izraženih preko potrošnje ka-lijum-permanganata u kiseloj sredini i UV apsorbancije na 254 nm); izražen potencijal za formira-njem nusprodukata dezinfekcije (THM) u toku obilnih padavina. Na poluindustrijskom istraživačkom postrojenju izvršeno je ispitivanje različitih tehnoloških vari-janti pripreme vode za piće iz površinske vode namenjene vodosnabdevanju uz primenu savreme-nih tehnoloških rešenja i adekvatnog tretmana u slučaju ekscesa izazvanih ljudskom aktivnošću. Primenjenim tretmanom vode procesima ozonizacije-koagulacije-flokulacije-sedimentacije-filtra-cije na poluindustrijskom istraživačkom postrojenju zadovoljena je primarna funkcija redukcije opterećenja vode pre odlaska na završno bistrenje procesom filtracije. Ustanovljeni su najvažniji faktori uticaja na mutnoću vode nakon primenjenih procesa: vrsta koagulanta (najbolji efekti po-stignuti primenom Al2(SO4)3 i FeCl3) i primenjena doza ozona (pozitivan, mikroflokulacioni efekat ozona postignut pri primenjenim dozama ozona od 0,5-1,0 mgO3/l). Izračunato je da su pri primeni Al2(SO4)3 kao koagulacionog sredstva dvomedijumski filteri namenjeni završnom bistrenju vode imali najduži filtracioni ciklus. Srednje vrednosti količine uklonjene mutnoće su 2,5- 3,5 puta veće u odnosu na ove vrednosti dobijene pri primeni ostalih koagulanata u fazi koagulacije vode. Značaj primenjenog procesa ozonizacije (doze ozona) uočen je i sa aspekta smanjenja sadržaja prekursora formiranja THM. Ispitivanjem efekta predtretmana vode procesom ozonizacije, primenom vodonik-peroksida i ko-mercijalnog preparata koji u svom sastavu sadrži 25% H2O2 + 0,05% Ag u ozoniranu vodu u cilju redukcije broja mikroorganizama uočeni su pozitivni efekti na log10 inaktivacije pri dozama ozona >0,5 mgO3/l (u slučaju sporogenih sulfitoredukujućih klostridija) i viših vrednosti odnosa H2O2/O3 i H2O2+Ag/O3 (u slučaju ukupnog broja aerobnih organotrofnih bakterija). Prednost primene preparata koji u svom sastavu sadrži 25% H2O2 + 0,05% Ag u ozoniranu vodu ogleda se u većem kapa-citetu eliminacije mikroorganizama i pri kraćem hidrauličkom vremenu zadržavanja vode. Analizom frekvencije pojavljivanja jedinjenja koje prouzrokuje nepoželjan miris vode (geosmin) nakon primenjenih procesa ozonizacije-koagulacije-flokulacije-sedimentacije-filtracije ustanovljena je najmanja frekvencija pojavljivanja ovog jedinjenja (10% od ukupnog broja analiziranih uzo-raka) u vodi nakon procesa ozonizacije i njegova potpuna redukcija primenom koagulanta FeCl3 u fazi koagulacije vode. Pri simulaciji ekscesnih situacija na poluindustrijskom istraživačkom postrojenju (doziranjem sintetičkih organskih jedinjenja pesticida i nafte) utvrđeno je da se primenom procesa ozonizacije-koagulacije-flokulacije-sedimentacije-filtracije uz dodatak AUP u fazi koagulacije vode postiže reduk-cija lindana u vodi za 97%, atrazina 99%, ukupnih ugljovodonika 91% i mineralnih ulja 89%. Svi rezultati dobijeni u toku istraživanja na poluindustrijskom istraživačkom postrojenju posmatra-ni sa aspekta optimizacije tehnoloških uslova pripreme vode za piće i varijabilnog kvaliteta površin-ske vode ukazuju na prvom mestu na neophodnost primene procesa ozonizacije vode i pozitivan efekat unapređenih procesa oksidacije u fazi pripreme vode za dalju obradu, kao i na značaj primenjene vrste koagulanta i aktivnog uglja u prahu u fazi koagulacije i flokulacije vode.

The paper presents the characterisation of raw (surface) water at the following sites: accu-mulation lake, downstream section from the water supply well field at the very site of the well field and at the entrance into pilot plant. The following raw water characteristics have been determined: eutrophic properties of accumulation lake within the time frame from the end of June to the middle of September; faeces pollution of the section from the accumulation lake to the water supply well field; a wide range of temperature during the year (4-19ºC); low values of water turbidity during the largest part of the year, with occasional and short-term emphasised growth of this parameter (<1NTU to >90 NTU); change in the content of natural organic matters in water (expressed through potassium permanganate consumption in acid environment and UV absorption at 254 nm); ex-pressed potential for disinfection by-products (THM) creation during high rainfall levels. Study of different technological options for drinking water preparation from surface water desig-nated to water supply with application of the latest technological solutions and adequate treatment in cases of accidents caused by human activities has been carried out at the pilot plant. The water treatment composed of ozonation-coagulation-flocculation-sedimentation-filtration applied at the pilot plant satisfied the primary function of reduction of water load prior to departure to the final clarification in filtration process. The most significant factors affecting water turbidity after the applied processes have been determined: type of coagulant (the best effects have been ob-tained by application of Al2(SO4)3 and FeCl3) and the applied ozone dose (positive, micro-floccula-tion effect of ozone has been obtained with the applied ozone doses of 0,5-1,0 mgO3/l). It has been calculated that two-media filters designated to final water clarification had the longest filtration cy-cle when Al2(SО4)3 was used as coagulation means. Medium values of quantity of the eliminated tur-bidity are 2,5-3,5 times higher in comparison to these values obtained when others coagulants were used in the water coagulation phase. The significance of the applied ozonization process (ozone dose) has also been found from the aspect of reduction of THM generation precursor contents. Investigation of effects of water pre-treatment with ozonation process and application of hydrogen-peroxide and commercial preparation containing 25% H2O2 + 0,05% Ag in ozonized water aiming at reduction of micro-organisms count showed positive effects on log10 inactivation when >0,5 mgO3/l doses of ozone were used (in case of sulphito-reducing clostridia) and higher values of H2O2/O3 and H2O2+Ag/O3 ratio (in case of total aerobic organotrophic bacteria count). The advantage of appli-cation of the preparation containing 25% H2O2 + 0,05% Ag in ozonized water is reflected in higher microorganisms elimination capacity and shorter hydraulic retention time. The analysis of occurrence frequency of compounds causing unpleasant water odour (geosmin) af-ter the applied ozonation-coagulation-flocculation-sedimentation-filtration processes showed that the lowest occurrence frequency for this compound (10% of the total number of the analysed sam-ples) in water after ozonisation process and its total reduction after the application of FeCl3 coagu-lant in water coagulation phase. In simulation of accidents at pilot plant (dosing of synthetic organic compounds of pesticides and oil) it was found that reduction of lindane in water for 97%, atrazine for 99%, total hydrocarbons for 91% and mineral oils for 89% is accomplished with application of the ozonation-coagulation-floccu-lation-sedimentation-filtration processes with addition of AUP in the phase of water coagulation. All the results that have been obtained during the researches at pilot plant have been considered from the aspect of optimisation of technological conditions of drinking water preparation and vari-able surface water quality point primarily to the necessity of application of water ozonization proc-ess and positive effect of the improved oxidation processes in the phase of water preparation for further processing as well as to the significance of the applied type of coagulant and active powder charcoal in water coagulation and flocculation phase.