UPRAVLJANJE OBALSKOMFILTRACIJOMOBALSKOM FILTRACIJOM · 2019. 9. 25. · U anaerobnim uslovima: e n...

UniverzitetuNovomSaduPrirodno‐matematičkifakultetDepartmanzahemiju,biohemijuizaštituživotnesredinep j , jUdruženjezaunapređenjezaštiteživotnesredine„NoviSad“Fondacija"DocentdrMilenaDalmacija"

UPRAVLJANJEUPRAVLJANJEOBALSKOM FILTRACIJOMOBALSKOMFILTRACIJOM

P f d J l T ičk ićProf.drJelenaTričkovićPrirodno‐matematičkifakultet,NoviSad

Novi Sad 18-20. septembar, 2019.

Generalniopissistemazaobalskufiltraciju(RBF)

Vertikalno bušeni bunari

Bunarisahorizontalnimdrenovima (BHD)Vertikalnobušenibunari drenovima(BHD)

Procesi samoprečišćavanjaProcesisamoprečišćavanja

Prilagođeno iz Hiscock, K.M.; Grischek, T. (2002): Attenuation of groundwater pollution by bank filtration, Journal of Hydrology, 266 (3‐4) 139‐144266 (3‐4), 139‐144.

Mehanizamobalskefiltracije

• Mehanička filtracija i sedimentacijaMehanička filtracija i sedimentacija

• Mehanička filtracija: SM > d10/5Flokule

Filtracija

• Filtracija u porama: SM > d10/15– Primer: porozni medijum koji

dPore filtracionog medijuma

ima d10 = 0,2 mm = 200 µm efikasno uklanja SM prečnika ćih d 15 40

Sedimentacijavećih od 15‐40 µm

d – efektivni prečnik: 10% masenog udela poroznog medijuma čined10 – efektivni prečnik: 10% masenog udela poroznog medijuma čine čestice prečnika manjeg ili jednakog d10


• Efikasnost sedimentacije: brzina sedimentacije > pređeni put/vreme zadržavanja

Primer:

Flokule

FiltracijaPrimer:

Vreme zadržavanja: 2,3 dana = 2105 s; pređeni put 2,5 mm; / = 0,3;

dPore filtracionog medijuma

pređeni put 2,5 mm; / 0,3; = 1,3110‐6 m2/s (10 oC)

Za date uslove važi:

Sedimentacija

1,25 105 d2 > 12,5 10‐9 m/sZa aluvijalni nanos čija je poroznost 0 4 a specifična veličina čestica 0 5

Odnosno, totalno se uklanjaju čestice SM čiji je d > 1 µm.

0,4, a specifična veličina čestica 0,5 mm, ukupna površina nije manja od 7200 m2/m3 aluvijalnog nanosa.


• Mikrobiološki procesi• Mikrobiološki procesi– Biorazgradnja organske materije:

C H O N + 5O H O + 4CO + NH + + HCO -C5H7O2N + 5O2 H2O + 4CO2 + NH4 + HCO31 g 1,4 g 0,16 g

NH + 3/2O H O NO 2H O+ (Nit )NH4+ + 3/2O2 + H2O NO2- + 2H3O+ (Nitrozomonas)

NO2- + 1/2O2 NO3- (Nitrobacter)

k k k d k

H3O+ + HCO3- 2H2O + CO2

– Prema tome, ukupna reakcija oksidacije organske materije:C5H7O2N + 7O2 2H2O + 5CO2 + NO3- + H3O+

1 g 2 g1 g 2 g


Preuzeto iz EPA (2013): Introduction to in‐situ bioremediation of groundwater, 542‐R‐13‐018, December 2013, Office of Solid Waste and Emergency Response.

Mehanizamobalskefiltracijef j

• Redoks reakcijej– Oksidacija rastvornog Fe2+ u nerastvorno Fe3+:

4Fe2+ + O2 + (2n-4)H20 + 8HCO3- 2Fe2O3nH2O + 8CO2

– Oksidacija Mn2+:

4Fe + O2 + (2n-4)H20 + 8HCO3 2Fe2O3nH2O + 8CO21 g 0,14 g

Oksidacija Mn :

2Mn2+ + O2 + 4HCO3- 2MnO2 +2H2O + 4CO21 g 0 29 g

– Ako je gvožđe prisutno u obliku pirita (gvožđe‐sulfida), dolazi do dodatne potrošnje kiseonika:

1 g 0,29 g

p j

4FeS2 + 15O2 + (2n-8)H2O + 16HCO3- 2Fe2O3nH2O + 16CO2 + 8SO42-

1 g 2 15 g1 g 2,15 g


Kombinovaniuticajrazličitihprocesanatransportrastvorenihsupstanci:

Parametrikvaliteta Mehanizam uklanjanja

Vreme putovanja ili udaljenost/

Kapacitet prečišćavanja Komentar

Efikasnost uklanjanja

Ugroženost sistema obalske filtracije

vode udaljenost/redoks stanjeprečišćavanja uklanjanja

Suša Poplave

Suspendovana materija

Filtracija, Van der Valsove sile < 10 dana- < 1 NTU

Visok kapacitet uklanjanja suspendovanih materija Dobra Niska Visoka

DOC Biodegradacija, sorpcija 10 do 50 dana/ oksično 20-60%

Najefikasnije uklanjanje u oksičnoj (aerobnoj) zoni infiltracije, anoksična/anaerobna degradacija ugljenika zahteva više vremena

Dobra Visoka Visoka

Azot

Nitrifikacija, denitrifikacija, sorpcija, mineralizacija, asimilacija

Ciklus azota u velikoj meri zavisi od redoks uslova Umerena Visoka Visoka

Pb C Z CdPb, Cu, Zn, Cd, As, Fe, Mn, Se, Cr, U, F

Sorpcija, precipitacija i jonska izmena 0-94% - Promenljiva Visoka Visoka

Interakcija sa čvrstom fazom (filtracija, d / l Filtracija je značajna samo za b i k i kProtozoe fazom (filtracija, adsorpcija), inaktivacija, odumiranje

< 10 dana/- 0,5-4 log10 Filtracija je značajna samo zaprotozoe Dobra Niska Niska

Bakterije Filtracija, sorpcija, odumiranje 11 do 63 dana/- 3,2 -5 log10 Dobra Niska Visoka

Virusi Sorpcija, inaktivacija 13 do 43 dana/- 3,9-7,8 log10 Najefikasnije uklanjanje u zoni infiltracije Dobra Niska Visoka

Mikrocistini Filtracija, biodegradacijaNekoliko cm/

oksično2-3 log10 Dobra Visoka Niska

N k lik /Organski mikropolutanti Degradacija, sorpcija

Nekoliko m/

oksično10-90% Najefikasnije uklanjanje u zoni infiltracije Promenljiva Visoka Visoka

Preuzeto i prilagođeno iz Sprenger et al. (2011) Vulnerability of bank filtration systems to climate change. Science of the Total Environment 409, 655‐663.

Neželjeniefektiobalskefiltracijej f f j

1 Povećanje tvrdoće i alkaliteta:AeracijaBunar

1. Povećanje tvrdoće i alkaliteta:

CaCO3 + CO2 + H2O Ca2+ + 2HCO3-

Anae

Reka

2. Kada je DO < 0,5 mg/L:

2C + NO3- + 3H2O NH4+ + 2HCO3-Kon

Anae-robna zona

Zona mešanjaDONitrat

5C + 4NO3- + 2H2O 2N2 + CO2 + 4HCO3-3. U anaerobnim uslovima:c

ent

FeCO3 + CO2 + H2O Fe2+ + 2HCO3-

4. Rastvaranje nerastvornih jedinjenja Fe i Mn:

trac

Mn, Fe

(anaerobni uslovi sprečavaju redepoziciju hidratisanih oksida Fe i Mn)

ija

DOC


Aeracija Bunar5. Povećanje HCO3- pomera ravnotežu:

Ca2+ + 2HCO - CaCO + CO + H O

Anae

Reka

6 U t ikt b i l i

Ca2+ + 2HCO3- CaCO3 + CO2 + H2O

- uklanjanje fosfata i fluorida u obliku apatita

Kon

Anae-robna zona

Zona mešanjaDONitrat

2C + SO42- + 2H2O H2S + 2HCO3-

6. U striktno anaerobnim uslovima:

Kada je prisutno gvožđe:cent

Kada je prisutno gvožđe:

Fe2+ + H2S + 2H2O FeS + 2H3O+

trac

Mn, Fe7. Rastvaranje FeS2 i MnS u prisustvu denitrifikacionih bakterija u anaerobnim uslovima:

ija

DOC14NO3- + 5FeS2 + 4H+ → 7N2 + 10SO42- + 5Fe2+ + 2H2O

8NO3- + 5MnS + 8H+ → 4N2 + 5SO42- + 25Mn2+ + 4H2O


Začepljenjeporaismanjenjepropusnostifiltracionogmedijuma(fouling):p j j p j j p p g j ( g)Bunar

Reka

Regeneracija rečnog dna

Kolmirano rečno dno

Hiporeična zona

g

Rečno korito

Fouling

Tok podzemnih voda

Mehanički(N2, CH4)Fizički(suspendovanematerije)

Hemijski(Fe,Mn,Ca)Biohemijski

Upravljanjeobalskomfiltracijom‐P t di k d t k 2018 diPetrovaradinskaadatokom2018.godine

• Elaborat: Upravljanje optimalnim režimom eksploatacije bunara za p j j p p jvodosnabdevanje grada Novog Sada pri različitim hidrološkim uslovima kao posledicom klimatskih promena (rukovodilac Prof. dr Jasmina Agbaba) finansiran od strane Gradske Uprave za zaštitu životne sredine grada Novog Sada


• Organske materije pH i alkalitetOrganske materije, pH i alkalitet

8 6

8.8

9.0

PA-BHD 01 PA-BHD 03 PA-BHD 05 PA-BHD 06 PA-BHD 07 PA-BHD 08 PA-VB 03 PA-VB 04 PA-VB 05 PA-VB 06 PA-VB 10 PA-VB 15 Dunav

18

20


7.6

7.8

8.0

8.2

8.4

8.6

pH v

redn

ost

8

10

12

14

16

k K

MnO

4 (m

g K

MnO

4/l)

MDK

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 126.6

6.8

7.0

7.2

7.4

mesec, 2018. godina1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0

2

4

6

Utr

osa

mesec, 2018. godina

400

450

500


150

200

250

300

350

400

Alk

alite

t (m

g/l)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120

50

100

150

mesec, 2018. godina

Upravljanjeobalskomfiltracijom‐P t di k d t k 2018 diPetrovaradinskaadatokom2018.godine• Tvrdoća, kalcijum i magnezijum

450

500


200

210


MDK

200

250

300

350

400

Tvrd

oca

(mg/

l)

50

60

70

80

90

100

Kal

ciju

m (m

g C

a/l)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1250

100

150

200

mesec, 2018. godina1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0

10

20

30

40

50K

mesec, 2018. godina

80

90

100


)

30

40

50

60

70

Mag

nezi

jum

(mg

Mg/

l)

MDK

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120

10

20

mesec, 2018. godina


• Gvožđe i mangan

4.5

5.0


Gvožđe i mangan

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

no g

vozd

je (m

g Fe

/l)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120.0

0.5

1.0

1.5

Uku

p

mesec, 2018. godina

MDK

0.8

0.9

1.0


0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Man

gan

(mg

Mn/

l)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120.0

0.1

0.2

mesec, 2018. godina

MDK


• Nitrati i sulfatiNitrati i sulfati

PA-BHD 01 PA-BHD 03 PA-BHD 05 PA-BHD 06PA BHD 07 PA BHD 08 PA VB 03 PA VB 04

PA-BHD 01 PA-BHD 03 PA-BHD 05 PA-BHD 06 PA-BHD 07 PA-BHD 08 PA-VB 03 PA-VB 04

10

12

49

50

51

PA-BHD 07 PA-BHD 08 PA-VB 03 PA-VB 04 PA-VB 05 PA-VB 06 PA-VB 10 PA-VB 15 Dunav

O3/l

)

MDK

240

250

260

PA-VB 05 PA-VB 06 PA-VB 10 PA-VB 15 Dunav

/l)

MDK

4

6

8

10

Nitr

ati (

mg

NO

203040506070

240

Sulfa

ti (m

g

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120

2

mesec, 2018. godina1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

01020

mesec, 2018. godina

14NO3- + 5FeS2 + 4H+ → 7N2 + 10SO42- + 5Fe2+ + 2H2O8NO3- + 5MnS + 8H+ → 4N2 + 5SO42- + 5Mn2+ + 4H2O8NO3 + 5MnS + 8H → 4N2 + 5SO4 + 5Mn + 4H2O


• Amonijak i hloridiAmonijak i hloridi

260


1.8

2.0


40

240

250

Hlo

ridi (

mg/

l)

MDK

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

Am

onija

k (m

g/l)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120

10

20

30

mesec, 2018. godina1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0.0

0.2

0.4

0.6

mesec, 2018. godina

MDK

mesec, 2018. godinamesec, 2018. godina


• MikrobiologijaMikrobiologija

Noviizazoviuupravljanjusistemimab i i b l k j filt ijibaziranimnaobalskojfiltraciji

P i t ik l t t k ji kl j j b l k filt ij• Prisustvo mikropolutanata koji se ne uklanjaju obalskom filtracijom:– ICPDR (JDS3)1: amidotrizoat, jopamidol, acesulfam, benzotriazol,

karbamazepin (< 100 ng/L)karbamazepin (

UniverzitetuNovomSaduPrirodno‐matematičkifakultetDepartmanzahemiju,biohemijuizaštituživotnesredinep j , jUdruženjezaunapređenjezaštiteživotnesredine„NoviSad“Fondacija"DocentdrMilenaDalmacija"

Hvalanapažnji!p j

UPRAVLJANJE OBALSKOMFILTRACIJOMOBALSKOM FILTRACIJOM · 2019. 9. 25. · U anaerobnim uslovima: e n...

Documents

Transcript of UPRAVLJANJE OBALSKOMFILTRACIJOMOBALSKOM FILTRACIJOM · 2019. 9. 25. · U anaerobnim uslovima: e n...