Најважније из лекције
Припрема воде за градску употребу:
- Аерација: контакт воде и ваздуха; уклањање гасова (\( \text{CO}_2, \text{H}_2\text{S} \)), обогаћивање са \( \text{O}_2 \), оксидација \( \text{Fe}^{2+} \) и \( \text{Mn}^{2+} \) у нерастворне хидроксиде.
- Бистрење: седиментација у базенима, коагулација/флокулација помоћу \( \text{Al}_2(\text{SO}_4)_3 \) или \( \text{FeCl}_3 \), као и пропуштање кроз пешчане филтере за уклањање свих нерастворних честица.
- Дезинфекција: уништавање микроорганизама; најчешће се користи елементарни гасовити хлор (\( \text{Cl}_2 \)), а могу се користити и хипохлорити (\( \text{NaOCl}, \text{Ca(OCl)}_2 \)), хлорни креч, \( \text{ClO}_2 \) или озон (\( \text{O}_3 \)).
Подземне воде представљају најбољи извор воде за пиће, али због њихове ограничене количине најчешће се користи речна вода.
Речне воде су сложени дисперзни системи који захтевају вишестепено пречишћавање пре дистрибуције у водоводну мрежу.
| Врста примесе | Примери супстанци у речној води |
|---|---|
| Растворени гасови | Кисеоник (\( \text{O}_2 \)), азот (\( \text{N}_2 \)), угљеник(IV)-оксид (\( \text{CO}_2 \)), амонијак (\( \text{NH}_3 \)), водоник-сулфид (\( \text{H}_2\text{S} \)) |
| Суспендоване честице | Алумосиликати, честице глине, песак, биљни скелети и отпаци |
| Растворне соли (тврдоћа воде) |
• Карбонатна (пролазна) тврдоћа: \( \text{Ca(HCO}_3)_2 \), \( \text{Mg(HCO}_3)_2 \) • Некарбонатна (стална) тврдоћа: сулфати, хлориди и нитрати калцијума и магнезијума • Остале соли: соли натријума, калијума и гвожђа |
| Органске материје | Хумусне и тресетне супстанце, органске киселине, алкохоли, угљени хидрати |
| Биолошке примесе | Микроорганизми (бактерије, алге, вируси) |
Које соли у речној води проузрокују карбонатну, а које некарбонатну тврдоћу?
Карбонатну (пролазну) тврдоћу чине хидрогенкарбонати калцијума и магнезијума (\( \text{Ca(HCO}_3)_2 \) и \( \text{Mg(HCO}_3)_2 \)), док некарбонатну (сталну) тврдоћу чине сулфати, хлориди и нитрати калцијума и магнезијума.
Аерација је процес у коме се вода у одређеном временском периоду доводи у директан контакт са кисеоником из ваздуха.
1. Пропуштањем ваздуха кроз воду помоћу посебних уређаја – аератора, уз распрскавање воде.
2. Превођењем воде преко каскада и препрека, чиме се значајно повећава контактна површина између воде и ваздуха.
2. Превођењем воде преко каскада и препрека, чиме се значајно повећава контактна површина између воде и ваздуха.
Хемијски ефекти аерације:
- Смањење концентрације непожељних гасова (\( \text{CO}_2 \) и \( \text{H}_2\text{S} \)).
- Повећање концентрације раствореног кисеоника (\( \text{O}_2 \)).
- Оксидација растворених јона \( \text{Fe}^{2+} \) и \( \text{Mn}^{2+} \) из хидрогенкарбоната помоћу \( \text{O}_2 \) из ваздуха у тешко растворне хидроксиде који се потом лако одвајају цеђењем.
Зашто је током аерације важно оксидовати јоне \( \text{Fe}^{2+} \) и \( \text{Mn}^{2+} \)?
Јони \( \text{Fe}^{2+} \) и \( \text{Mn}^{2+} \) граде растворне хидрогенкарбонате. Њиховом оксидацијом помоћу \( \text{O}_2 \) настају слабо растворни хидроксиди гвожђа и мангана, који прелазе у талог и уклањају се у наредној фази филтрирањем (цеђењем).
Бистрење воде обухвата скуп физичко-хемијских операција којима се из воде уклањају суспендоване и колоидне честице.
Сирова речна вода упумпава се у велике базене у којима мирује неколико дана, при чему се крупније суспендоване честице спонтано таложе на дно под дејством силе Земљине теже.
Ситне колоидне честице не могу се саме брзо сталожити. Због тога се води додају коагулациона средства која неутралишу наелектрисање честица и омогућавају њихово спајање у крупније пахуље (флокуле).
Најчешћи коагуланси: алуминијум-сулфат (\( \text{Al}_2(\text{SO}_4)_3 \)) и гвожђе(III)-хлорид (\( \text{FeCl}_3 \)).
Најчешћи коагуланси: алуминијум-сулфат (\( \text{Al}_2(\text{SO}_4)_3 \)) и гвожђе(III)-хлорид (\( \text{FeCl}_3 \)).
Вода се пропушта кроз пешчане филтере (пешчана цедила) – подземне базене са дебелим слојевима кварцног песка испод којих су цеви за одвод бистре воде. Песак задржава преостале суспендоване и коагулисане честице.
Додавањем \( \text{Al}_2(\text{SO}_4)_3 \) у замућену воду долази до формирања запреминског, желатинозног талога \( \text{Al(OH)}_3 \) који попут мреже захвата све ситне честице и повуче их на дно базена.
Која је улога пешчаних филтера у процесу припреме воде?
Пешчани филтери служе за механичко уклањање свих преосталих суспендованих и флокулисаних честица након таложења, омогућавајући потпуно бистрење воде.
Дезинфекција је последња фаза у технолошком процесу припреме воде за пиће, са циљем потпуног уништавања патогених микроорганизама.
| Дезинфекционо средство | Карактеристике и примена |
|---|---|
| Гасовити хлор (\( \text{Cl}_2 \)) | Данас се најчешће користи у водоводима због високе ефикасности, лаког дозирања и дуготрајног дејства у водоводној мрежи. |
| Хлорни креч и хипохлорити | Хлорни креч се користио у прошлости; данас се по потреби користе натријум-хипохлорит (\( \text{NaOCl} \)) или калцијум-хипохлорит (\( \text{Ca(OCl)}_2 \)). |
| Хлор(IV)-оксид (\( \text{ClO}_2 \)) | Јако оксидационо и дезинфекционо средство; користи се за дезинфекцију без стварања непријатног мириса хлора. |
| Озон (\( \text{O}_3 \)) | Изузетно ефикасан дезинфицијенс који не оставља штетне нуспроизводе, али је његова примена у великим постројењима често економски неисплатива због високе цене производње. |
Сви кораци припреме воде за пиће у савременим фабрикама воде су комплетно аутоматизовани и компјутерски вођени како би се обезбедио сталан квалитет воде.
Зашто се гасовити хлор чешће користи у водоводним системима од озона, иако је озон веома ефикасан?
Озон је врло ефикасан, али за припрему великих количина воде захтева скупу опрему и велики утрошак енергије, па је његова употреба економски неисплатива у поређењу са гасовитим хлором. Такође, хлор дуже остаје растворен у цевоводу и пружа заштиту током дистрибуције.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Навести тачан редослед главних технолошких фаза у припреми речне воде за пиће.
Тачан редослед фаза је:
- Аерација (увођење ваздуха и уклањање \( \text{CO}_2 \) / \( \text{H}_2\text{S} \))
- Бистрење (коагулација, флокулација, таложење и филтрирање кроз пешчане филтере)
- Дезинфекција (уништавање микроорганизама хлорисањем или другим средствима)
Задатак 2 (средњи): Које супстанце се у постројењима за пречишћавање воде додају као коагулациона средства и како оне делују?
Најчешће се додају алуминијум-сулфат (\( \text{Al}_2(\text{SO}_4)_3 \)) и гвожђе(III)-хлорид (\( \text{FeCl}_3 \)).
Они делују тако што поспешују спајање финих суспендованих и колоидних честица у крупније агрегате (пахуље или флокуле), чиме се убрзава и олакшава њихово таложење и касније уклањање филтрирањем.
Они делују тако што поспешују спајање финих суспендованих и колоидних честица у крупније агрегате (пахуље или флокуле), чиме се убрзава и олакшава њихово таложење и касније уклањање филтрирањем.
Задатак 3 (средњи): Објаснити хемијске промене које настају током аерације сирове воде богате јонима гвожђа(II).
У сировој води гвожђе се налази у облику растворног гвожђе(II)-хидрогенкарбоната. Током аерације, кисеоник из ваздуха оксидује јоне \( \text{Fe}^{2+} \) у јоне \( \text{Fe}^{3+} \), при чему настаје слабо растворни гвожђе(III)-хидроксид (\( \text{Fe(OH)}_3 \)) који се издваја као талог и потом уклања пешчаним филтерима:
\[ 4\text{Fe}^{2+} + \text{O}_2 + 8\text{OH}^- + 2\text{H}_2\text{O} \longrightarrow 4\text{Fe(OH)}_3 \downarrow \]
Задатак 4 (тежак): У табели повежите нечистоћу из речне воде са фазом пречишћавања у којој се она примарно уклања:
| Нечистоћа | Фаза уклањања |
|---|---|
| 1. Растворени \( \text{H}_2\text{S} \) и вишак \( \text{CO}_2 \) | А) Дезинфекција |
| 2. Патогене бактерије и вируси | Б) Аерација |
| 3. Колоидна глина и песак | В) Коагулација и пешчано филтрирање |
Тачни парови су:
- 1 – Б: Растворени гасови попут \( \text{H}_2\text{S} \) и \( \text{CO}_2 \) уклањају се аерацијом (десорпцијом у струји ваздуха).
- 2 – А: Патогени микроорганизми се уништавају у фази дезинфекције (хлорисањем или озонизацијом).
- 3 – В: Колоидне честице глине и песак уклањају се коагулацијом, таложењем и филтрирањем кроз песак.
