Праћење квалитета ваздуха подразумева систематско мерење загађивача амбијенталног ваздуха како би се могла проценити изложеност осетљивих рецептора (нпр. људи, животиње, биљке и уметничка дела) на основу стандарда и смерница изведених из уочених ефеката, и/или утврдити извор загађења ваздуха (узрочна анализа).

На концентрације загађивача у амбијенталном ваздуху утичу просторна или временска варијација емисија опасних материја и динамика њихове дисперзије у ваздуху. Као последица тога, јављају се изражене дневне и годишње варијације концентрација. Практично је немогуће на јединствен начин утврдити све ове различите варијације квалитета ваздуха (статистички речено, популација квалитета ваздуха се наводи). Дакле, мерења концентрација загађивача у амбијенталном ваздуху увек имају карактер случајних просторних или временских узорака.

Планирање мерења

Први корак у планирању мерења је да се што прецизније формулише сврха мерења. Важна питања и области рада за праћење квалитета ваздуха укључују:

Мерење површине:

• репрезентативно одређивање изложености у једној области (општи мониторинг ваздуха)
• репрезентативно мерење већ постојећег загађења на подручју планираног објекта (дозвола, ТА Луфт (техничко упутство, ваздух))
• упозорење о смогу (зимски смог, високе концентрације озона)
• мерења у врућим тачкама загађења ваздуха ради процене максималне изложености рецептора (ЕУ-НО₂ смерница, мерења у уличним кањонима, у складу са немачким савезним законом о контроли имисије)
• провера резултата мера за смањење загађења и трендова током времена
• скрининг мерења
• научна истраживања - на пример, транспорт загађења ваздуха, хемијске конверзије, прорачуни калибрације дисперзије.

 

Мерење објекта:

• мерења као одговор на жалбе
• утврђивање извора емисија, каузална анализа
• мерења у случајевима пожара и акцидентних испуштања
• провера успешности мера смањења
• праћење фабричких фугитивних емисија.

 

Циљ планирања мерења је коришћење адекватних поступака мерења и процене како би се одговорило на одређена питања са довољном сигурношћу и уз минималне могуће трошкове.

Пример параметара које треба користити за планирање мерења дат је у табели 1, у односу на процену загађености ваздуха на подручју планираног индустријског објекта. Препознајући да се формални захтеви разликују у зависности од јурисдикције, треба напоменути да се овде посебно позива на немачке процедуре издавања дозвола за индустријске објекте.

Табела 1. Параметри за планирање мерења у мерењу концентрација загађења амбијенталног ваздуха (са примером примене)

 

Пример у табели 1 приказује случај мерне мреже која треба да прати квалитет ваздуха у одређеном подручју што је репрезентативније могуће, да би се упоредила са одређеним границама квалитета ваздуха. Идеја иза овог приступа је да се врши насумичан избор места мерења како би се подједнако покриле локације у области са променљивим квалитетом ваздуха (нпр. стамбене површине, улице, индустријске зоне, паркови, градски центри, предграђа). Овај приступ може бити веома скуп у великим областима због броја неопходних мерних места.

Друга концепција мерне мреже стога почиње са мерним местима која су репрезентативно одабрана. Ако се на најважнијим локацијама спроводе мерења различитог квалитета ваздуха, а познато је колико времена заштићени објекти остају у тим „микросрединама“, онда се може одредити изложеност. Овај приступ се може проширити на друга микроокружења (нпр. унутрашње просторије, аутомобили) како би се проценила укупна изложеност. Дифузијско моделирање или скрининг мерења могу помоћи у избору правих места за мерење.

Трећи приступ је мерење на тачкама претпостављене највеће изложености (нпр. за НО₂ а бензол у уличним кањонима). Ако су стандарди процене испуњени на овој локацији, постоји довољна вероватноћа да ће то бити случај и са свим другим локацијама. Овај приступ, фокусирајући се на критичне тачке, захтева релативно мало места мерења, али она морају бити одабрана са посебном пажњом. Ова конкретна метода ризикује прецењивање стварне изложености.

Параметри временског периода мерења, процена мерних података и фреквенција мерења суштински су дати у дефинисању стандарда (граничних) оцењивања и жељеног нивоа сигурности резултата. Границе прага и периферни услови које треба узети у обзир у планирању мерења су повезани. Коришћењем континуираних поступака мерења може се постићи резолуција која је временски скоро беспрекорна. Али ово је неопходно само за праћење вршних вредности и/или за упозорења о смогу; за праћење годишњих средњих вредности, на пример, адекватна су дисконтинуална мерења.

Следећи одељак је посвећен опису могућности мерних процедура и контроле квалитета као додатног параметра важног за планирање мерења.

Осигурање квалитета

Мерења концентрација загађивача у амбијенталном ваздуху могу бити скупа за спровођење, а резултати могу утицати на значајне одлуке са озбиљним економским или еколошким импликацијама. Стога су мере обезбеђења квалитета саставни део процеса мерења. Овде треба разликовати две области.

Мере оријентисане на процедуру

Сваки комплетан поступак мерења састоји се од неколико корака: узорковања, припреме узорка и чишћења; одвајање, детекција (завршни аналитички корак); и прикупљање и процена података. У неким случајевима, посебно код континуираног мерења неорганских гасова, неки кораци поступка се могу изоставити (нпр. одвајање). У спровођењу мерења треба тежити свеобухватном поштовању процедура. Треба поштовати процедуре које су стандардизоване и на тај начин свеобухватно документоване, у облику ДИН/ИСО стандарда, ЦЕН стандарда или ВДИ смерница.

Мере оријентисане на корисника

Коришћење стандардизоване и проверене опреме и поступака за мерење концентрације загађивача у амбијенталном ваздуху не може сама да обезбеди прихватљив квалитет ако корисник не користи адекватне методе контроле квалитета. Серија стандарда ДИН/ЕН/ИСО 9000 (Управљање квалитетом и стандарди за осигурање квалитета), ЕН 45000 (који дефинише захтеве за лабораторије за испитивање) и ИСО Водич 25 (Општи захтеви за компетентност лабораторија за калибрацију и испитивање) важни су за кориснике. оријентисане мере за обезбеђивање квалитета.

Важни аспекти мера контроле квалитета корисника укључују:

• прихватање и упражњавање садржаја мера у смислу добре лабораторијске праксе (ГЛП)
• правилно одржавање мерне опреме, квалификоване мере за отклањање сметњи и обезбеђивање поправке
• вршење калибрација и редовне провере да би се обезбедило исправно функционисање
• вршење међулабораторијских испитивања.

 

Процедуре мерења

Поступци мерења неорганских гасова

Постоји велики број мерних поступака за широк спектар неорганских гасова. Разликујемо ручне и аутоматске методе.

Ручне процедуре

У случају ручних поступака мерења за неорганске гасове, супстанца која се мери се нормално адсорбује током узорковања у раствору или чврстом материјалу. У већини случајева фотометријско одређивање се врши након одговарајуће реакције боје. Неколико ручних поступака мерења имају посебан значај као референтне процедуре. Због релативно високих трошкова особља, ове ручне процедуре се данас ретко спроводе за теренска мерења, када су доступне алтернативне аутоматске процедуре. Најважнији поступци су укратко скицирани у табели 2.

Табела 2. Ручни поступци мерења за неорганске гасове

ДЛ = граница детекције; с = стандардна девијација; рел. с = релативно с.

Посебна варијанта узорковања, која се првенствено користи у вези са ручним поступцима мерења, је цев за дифузионо раздвајање (денудер). Техника денудера има за циљ раздвајање гасне и честичне фазе коришћењем њихових различитих брзина дифузије. Стога се често користи за тешке проблеме одвајања (нпр. амонијак и једињења амонијума; оксиди азота, азотна киселина и нитрати; оксиди сумпора, сумпорна киселина и сулфати или водоник халогениди/халогениди). У класичној денудер техници, испитни ваздух се усисава кроз стаклену цев са посебним премазом, у зависности од материјала(а) који се прикупља. Техника денудера је даље развијена у многим варијацијама и такође делимично аутоматизована. Умногоме је проширио могућности диференцираног узорковања, али, у зависности од варијанте, може бити веома напоран, а за правилно коришћење потребно је велико искуство.

Аутоматизоване процедуре

На тржишту постоје бројни различити континуирани мерни монитори за сумпор диоксид, азотне оксиде, угљен моноксид и озон. Углавном се користе посебно у мерним мрежама. Најважније карактеристике појединачних метода су сакупљене у табели 3.

Табела 3. Аутоматизовани поступци мерења за неорганске гасове

 

Овде треба нагласити да се сви аутоматски поступци мерења засновани на хемијско-физичким принципима морају калибрисати коришћењем (ручних) референтних процедура. Пошто аутоматска опрема у мерним мрежама често ради дуже време (нпр. неколико недеља) без директног људског надзора, неопходно је да се њихово исправно функционисање редовно и аутоматски проверава. Ово се генерално ради коришћењем нултих и испитних гасова који се могу произвести помоћу неколико метода (припрема амбијенталног ваздуха; боце са гасом под притиском; пермеација; дифузија; статичко и динамичко разблаживање).

Поступци мерења загађивача ваздуха који стварају прашину и његов састав

Међу честицама загађивача ваздуха разликују се падавине прашине и суспендоване честице (СПМ). Прашина се састоји од већих честица, које због своје величине и дебљине тону на тло. СПМ укључује фракцију честица која је распршена у атмосфери на квазистабилан и квазихомоген начин и стога остаје суспендована одређено време.

Мерење суспендованих честица и металних једињења у СПМ

Као што је случај са мерењима гасовитих загађивача ваздуха, могу се разликовати континуирани и дисконтинуални поступци мерења за СПМ. По правилу, СПМ се прво одваја на филтерима од стаклених влакана или мембране. Следи гравиметријско или радиометријско одређивање. У зависности од узорковања, може се направити разлика између поступка за мерење укупног СПМ без фракционисања према величини честица и поступка фракционисања за мерење фине прашине.

Предности и недостаци фракционисаних мерења суспендоване прашине су спорни на међународном нивоу. У Немачкој, на пример, све граничне вредности и стандарди за процену засновани су на укупним суспендованим честицама. То значи да се углавном врше само тотална мерења СПМ. У Сједињеним Државама, напротив, веома је уобичајена такозвана ПМ-10 процедура (честице £ 10μм). У ову процедуру укључене су само честице аеродинамичког пречника до 10 μм (50 одсто инклузивног дела), које се могу удахнути и могу ући у плућа. У плану је увођење процедуре ПМ-10 у Европску унију као референтне процедуре. Трошкови фракционисаног СПМ мерења су знатно већи него за мерење укупне суспендоване прашине, јер мерни уређаји морају бити опремљени посебним, скупо конструисаним главама за узорковање које захтевају скупо одржавање. Табела 4 садржи детаље о најважнијим поступцима мерења СПМ.

Табела 4. Поступци мерења суспендованих честица (СПМ)

 

Недавно су развијени и аутоматски мењачи филтера који држе већи број филтера и снабдевају их узоркивачем, један за другим, у временским интервалима. Изложени филтери се чувају у магацину. Границе детекције за процедуре филтрирања су између 5 и 10 μг/м³ од прашине, по правилу.

На крају, треба поменути процедуру црног дима за мерења СПМ. Долазећи из Британије, уграђен је у смернице ЕУ за СО₂ и суспендована прашина. У овом поступку, поцрњење обложеног филтера се мери рефлексним фотометром након узорковања. Вредности црног дима које се на тај начин добијају фотометријски се претварају у гравиметријске јединице (μг/м³) уз помоћ калибрационе криве. Пошто ова функција калибрације у великој мери зависи од састава прашине, посебно њеног садржаја чађи, претварање у гравиметријске јединице је проблематично.

Данас се метална једињења често рутински одређују у узорцима имисије суспендоване прашине. Уопштено говорећи, сакупљање суспендоване прашине на филтерима је праћено хемијским растварањем издвојене прашине, пошто најчешћи завршни аналитички кораци претпостављају претварање металних и металоидних једињења у водени раствор. У пракси, далеко најважније методе су атомска апсорпциона спектроскопија (ААС) и спектроскопија са ексцитацијом плазме (ИЦП-ОЕС). Друге процедуре за одређивање металних једињења у суспендованој прашини су рендгенска флуоресцентна анализа, поларографија и неутронска активациона анализа. Иако се метална једињења мере већ више од једне деценије као компонента СПМ у спољашњем ваздуху на одређеним местима мерења, остају важна питања без одговора. Стога конвенционално узорковање одвајањем суспендоване прашине на филтерима претпоставља да је одвајање једињења тешких метала на филтеру завршено. Међутим, у литератури су пронађене раније индиције које то доводе у питање. Резултати су веома хетерогени.

Даљи проблем лежи у чињеници да се различити облици једињења, или појединачна једињења одговарајућих елемената, не могу разликовати у анализи металних једињења у суспендованој прашини коришћењем конвенционалних поступака мерења. Док се у многим случајевима могу направити адекватна укупна одређивања, пожељна би била детаљнија диференцијација код одређених посебно канцерогених метала (Ас, Цд, Цр, Ни, Цо, Бе). Често постоје велике разлике у канцерогеним ефектима елемената и њихових појединачних једињења (нпр. једињења хрома у степену оксидације ИИИ и ВИ – само су она на нивоу ВИ канцерогена). У таквим случајевима би било пожељно посебно мерење појединачних једињења (анализа врста). Упркос значају овог проблема, у техници мерења се праве само први покушаји анализе врста.

Мерење пада прашине и металних једињења у прашини

За сакупљање прашине користе се две фундаментално различите методе:

• узорковање у сабирним судовима

• узорковање на лепљивим површинама.

 

Популарна процедура за мерење пада прашине (таложене прашине) је такозвана Бергерхофова процедура. У овом поступку целокупне атмосферске падавине (суве и влажне таложење) сакупљају се током 30±2 дана у посудама на висини од око 1.5 до 2.0 метра изнад тла (насипни депоновање). Затим се сабирне посуде одвозе у лабораторију и припремају (филтрирају, вода испари, осуше, извагају). Резултат се израчунава на основу површине посуде за сакупљање и времена излагања у грамима по квадратном метру и дану (г/м²д). Релативна граница детекције је 0.035 г/м²d.

Додатне процедуре за сакупљање прашине обухватају Лиесеганг-Лобнер уређај и методе које сакупљају таложену прашину на лепљивим фолијама.

Сви резултати мерења пада прашине су релативне вредности које зависе од апарата који се користи, јер на одвајање прашине утичу услови протока на уређају и други параметри. Разлике у мерним вредностима добијеним различитим поступцима могу достићи 50 одсто.

Важан је и састав депоноване прашине, као што је садржај олова, кадмијума и других металних једињења. Аналитичке процедуре које се користе за ово су у основи исте као оне које се користе за суспендовану прашину.

Мерење специјалних материјала у облику прашине

Специјални материјали у облику прашине укључују азбест и чађ. Сакупљање влакана као загађивача ваздуха је важно јер је азбест класификован као потврђени канцерогени материјал. Влакна пречника Д ≤ 3μм и дужине Л ≥ 5μм, где је Л:Д ≥ 3, сматрају се канцерогеним. Поступци мерења за влакнасте материјале састоје се од бројања, под микроскопом, влакана која су одвојена на филтерима. За мерења спољашњег ваздуха могу се узети у обзир само електронски микроскопски поступци. Влакна су одвојена на позлаћеним порозним филтерима. Пре процене у електронском микроскопу, узорак се ослобађа од органских супстанци спаљивањем плазмом директно на филтеру. Влакна се броје на делу површине филтера, насумично бирају и класификују према геометрији и врсти влакана. Уз помоћ енергетске дисперзивне рендгенске анализе (ЕДКСА), азбестна влакна, калцијум сулфатна влакна и друга неорганска влакна могу се разликовати на основу елементарног састава. Цео поступак је изузетно скуп и захтева највећу пажњу да би се постигли поуздани резултати.

Чађ у облику честица које емитују дизел мотори постала је релевантна пошто је дизелска чађ такође класификована као канцерогена. Због његовог променљивог и сложеног састава и због чињенице да се различити састојци емитују и из других извора, не постоји поступак мерења специфичан за дизел чађ. Ипак, да бисмо нешто конкретно рекли о концентрацијама у амбијенталном ваздуху, чађ се конвенционално дефинише као елементарни угљеник, као део укупног угљеника. Мери се након узорковања и корака екстракције и/или термичке десорпције. Одређивање садржаја угљеника настаје сагоревањем у струји кисеоника и кулометријском титрацијом или недисперзивном ИР детекцијом угљен-диоксида који се формира у процесу.

За мерење чађи се у принципу користе и такозвани еталометар и фотоелектрични аеросолни сензор.

Меасуринг Вет Депоситионс

Заједно са сувим таложењем, мокро таложење на киши, снегу, магли и роси представља најважније средство којим штетни материјали из ваздуха улазе у земљу, воду или биљне површине.

Да би се јасно разликовало мокро таложење на киши и снегу (магла и роса представљају посебне проблеме) од мерења укупног таложења (нагомилавање, види горе одељак „Мерење падавина прашине и металних једињења“) и сувог таложења, хватачи кише, чији отвор за сакупљање је покривен када нема кише (само мокри узоркивач), користе се за узорковање. Код сензора за кишу, који углавном раде на принципу промене проводљивости, поклопац се отвара када почне да пада киша и поново се затвара када киша престане.

Узорци се преносе кроз левак (отворена површина око 500 цм² и више) у затамњену и по могућности изоловану сабирну посуду (само од стакла или полиетилена за неорганске компоненте).

Генерално, анализа прикупљене воде на неорганске компоненте може се обавити без припреме узорка. Воду треба центрифугирати или филтрирати ако је видљиво замућена. Проводљивост, пХ вредност и важни ањони (БР₃ ^- , ТАКО₄ ^{КСНУМКС-} , Цл^-) и катјона (ца²⁺К⁺, Мг²⁺, На⁺, НХ₄ ⁺ и тако даље) се рутински мере. Нестабилна једињења у траговима и средња стања попут Х₂O₂ или ХСО₃ ^- мере се и у истраживачке сврхе.

За анализу се користе поступци који су генерално доступни за водене растворе, као што су кондуктометрија за проводљивост, електроде за пХ вредности, спектроскопија атомске адсорпције за катјоне (погледајте одељак „Мерење специјалних материјала у облику прашине“ изнад) и, све више, хроматографија са изменом јона са детекцијом проводљивости за ањоне.

Органска једињења се екстрахују из кишнице са, на пример, дихлорометаном, или се издувавају аргоном и адсорбују Тенак цевима (само веома испарљиви материјали). Материјали се затим подвргавају гасној хроматографској анализи (видети „Процедуре мерења органских загађивача ваздуха“ у наставку).

Суво таложење директно је у корелацији са концентрацијом ваздуха у околини. Разлике у концентрацији штетних материја у ваздуху на киши су, међутим, релативно мале, тако да су за мерење влажног таложења адекватне мерне мреже широке мреже. Примери укључују европску мерну мрежу ЕМЕП, у којој се улазак сулфатних и нитратних јона, одређених катјона и пХ вредности падавина прикупљају на приближно 90 станица. У Северној Америци такође постоје широке мреже мерења.

Оптички поступци мерења на даљину

Док до сада описани поступци хватају загађење ваздуха у једној тачки, поступци оптичких даљинских мерења мере интегрисано на светлосним путевима од неколико километара или одређују просторну дистрибуцију. Они користе карактеристике апсорпције гасова у атмосфери у УВ, видљивом или ИЦ спектралном опсегу и засновани су на Ламберт-Бееровом закону, према коме је производ путање светлости и концентрације пропорционалан измереној екстинцији. Ако пошиљалац и пријемник мерне инсталације мењају таласну дужину, више компоненти се може мерити паралелно или узастопно једним уређајем.

У пракси, мерни системи идентификовани у табели 5 играју највећу улогу.

Табела 5. Поступци мерења на даљину

ЛИДАР = Детекција светлости и домета; ДИАЛ = ЛИДАР диференцијалне апсорпције.

 

Поступци мерења органских загађивача ваздуха

Мерење загађења ваздуха које садржи органске компоненте је компликовано првенствено због распона материјала у овој класи једињења. Неколико стотина појединачних компоненти са веома различитим токсиколошким, хемијским и физичким карактеристикама обухваћено је општим називом „органски загађивачи ваздуха“ у регистрима емисија и плановима квалитета ваздуха загушених подручја.

Нарочито због великих разлика у потенцијалном утицају, прикупљање релевантних појединачних компоненти све више је заменило раније коришћене поступке сумирања (нпр. детектор јонизације пламена, поступак тоталног угљеника), чији се резултати не могу токсиколошки проценити. ФИД метода је, међутим, задржала одређени значај у вези са кратком сепарационом колоном за издвајање метана, који фотохемијски није веома реактиван, и за сакупљање прекурсора испарљивих органских једињења (ВОЦ) за формирање фото-оксиданата.

Честа потреба одвајања сложених смеша органских једињења на релевантне појединачне компоненте чини њихово мерење практично вежбом у примењеној хроматографији. Хроматографске процедуре су методе избора када су органска једињења довољно стабилна, термички и хемијски. За органске материјале са реактивним функционалним групама, одвојене процедуре које користе физичке карактеристике функционалних група или хемијске реакције за детекцију настављају да држе своје место.

Примери укључују коришћење амина за претварање алдехида у хидразоне, уз накнадно фотометријско мерење; дериватизација са 2,4-динитрофенилхидразином и одвајање 2,4-хидразона који се формира; или формирање азо-боја са p-нитроанилин за детекцију фенола и крезола.

Од хроматографских поступака, за одвајање често сложених смеша најчешће се користе гасна хроматографија (ГЦ) и течна хроматографија високог притиска (ХПЛЦ). За гасну хроматографију, данас се скоро искључиво користе сепарационе колоне веома уског пречника (око 0.2 до 0.3 мм и дужине око 30 до 100 м), такозване капиларне колоне високе резолуције (ХРГЦ). Доступан је низ детектора за проналажење појединачних компоненти након колоне за одвајање, као што је горе поменути ФИД, ЕЦД (детектор за хватање електрона, посебно за електрофилне замене као што је халоген), ПИД (фото-јонизациони детектор, који је посебно осетљив на ароматичне угљоводонике и друге п-електронске системе), и НПД (термо-јонски детектор посебно за једињења азота и фосфора). ХПЛЦ користи специјалне детекторе протока који су, на пример, дизајнирани као кивета за проток УВ спектрометра.

Посебно ефикасна, али и посебно скупа је употреба масеног спектрометра као детектора. Заиста извесна идентификација, посебно са непознатим смешама једињења, често је могућа само преко масеног спектра органског једињења. Квалитативна информација о такозваном ретенционом времену (време када материјал остаје у колони) садржана у хроматограму са конвенционалним детекторима допуњена је специфичном детекцијом појединачних компоненти помоћу масовних фрагментограма са високом осетљивошћу детекције.

Узорковање се мора размотрити пре стварне анализе. Избор методе узорковања одређен је првенствено испарљивошћу, али и очекиваним опсегом концентрације, поларношћу и хемијском стабилношћу. Штавише, код неиспарљивих једињења, мора се направити избор између мерења концентрације и таложења.

Табела 6 даје преглед уобичајених процедура у праћењу ваздуха за активно обогаћивање и хроматографску анализу органских једињења, са примерима примене.

Табела 6. Преглед уобичајених хроматографских поступака мерења квалитета ваздуха органских једињења (са примерима примене)

ГЦ = гасна хроматографија; ГЦМС = ГЦ/масена спектроскопија; ФИД = детектор пламене јонизације; ХРГЦ/ЕЦД = ГЦ/ЕЦД високе резолуције; ЕЦД = детектор за хватање електрона; ХПЛЦ = течна хроматографија високих перформанси. ПИД = фото-јонизациони детектор.

 

Мерење таложења органских једињења са малом испарљивошћу (нпр. дибензодиоксини и дибензофурани (ПЦДД/ПЦДФ), полициклични ароматични угљоводоници (ПАХ)) добијају на значају из перспективе утицаја на животну средину. Пошто је храна главни извор људског уноса, материјал из ваздуха који се преноси на биљке за исхрану је од великог значаја. Међутим, постоје докази да је пренос материјала путем таложења честица мање важан од сувог таложења квазигасовитих једињења.

За мерење укупног таложења користе се стандардизовани уређаји за таложење прашине (нпр. Бергерхофов поступак), који су незнатно модификовани затамњивањем као заштита од уласка јаког светла. Важни технички проблеми мерења, као што је ресуспензија већ одвојених честица, испаравање или могућа фотолитичка разградња, сада се систематски истражују како би се побољшале мање од оптималне процедуре узорковања за органска једињења.

Олфацтометриц Инвестигатионс

Олфактометријска испитивања имисије се користе у мониторингу за квантификацију притужби на мирисе и за одређивање основног загађења у поступцима издавања дозвола. Они првенствено служе за процену да ли постојеће или очекиване мирисе треба класификовати као значајне.

У принципу, могу се разликовати три методолошка приступа:

• мерење концентрације емисије (број мирисних јединица) олфактометром и накнадно моделирање дисперзије

• мерење појединачних компоненти (нпр. НХ₃) или смеше једињења (нпр. гасна хроматографија гасова са депонија), ако она адекватно карактеришу мирис

• одређивање мириса путем инспекција.

 

Прва могућност комбинује мерење емисије са моделирањем и, строго говорећи, не може се подвести под термин мониторинг квалитета ваздуха. У трећој методи, људски нос се користи као детектор са значајно смањеном прецизношћу у односу на физичко-хемијске методе.

Детаљи о инспекцијама, плановима мерења и процени резултата садржани су, на пример, у прописима о заштити животне средине неких немачких држава.

Процедуре мерења скрининга

Поједностављени поступци мерења се понекад користе за припремне студије (скрининг). Примери укључују пасивне узоркиваче, епрувете и биолошке процедуре. Код пасивних (дифузних) узорковача, материјал који се тестира се сакупља помоћу процеса слободног протока као што су дифузија, пермеација или адсорпција у једноставним облицима колектора (цеви, плакови) и обогаћује се импрегнираним филтерима, мрежама или другим адсорпционим медијима. Такозвано активно узорковање (усисавање узоркованог ваздуха кроз пумпу) се стога не дешава. Обогаћена количина материјала, аналитички одређена према одређеном времену експозиције, претвара се у јединице концентрације на основу физичких закона (нпр. дифузије) уз помоћ времена сакупљања и геометријских параметара колектора. Методологија произилази из области здравља на раду (лично узорковање) и мерења ваздуха у затвореном простору, али се све више користи за мерење концентрације загађујућих материја у амбијенту. Преглед се може наћи у Бровн 1993.

Детекторске цеви се често користе за узорковање и брзу припремну анализу гасова. Одређена запремина тестног ваздуха се усисава кроз стаклену цев која је напуњена адсорптивним реагенсом који одговара циљу испитивања. Садржај епрувете мења боју у зависности од концентрације материјала који се утврђује који је присутан у испитном ваздуху. Мале епрувете се често користе у области праћења радног места или као брза процедура у случајевима незгода, као што су пожари. Не користе се за рутинска мерења концентрације загађивача у амбијенталном ваздуху због генерално превисоких граница детекције и сувише ограничене селективности. Детекторске епрувете су доступне за бројне материјале у различитим опсегима концентрација.

Међу биолошким процедурама, две методе су постале прихваћене у рутинском праћењу. Стандардизованим поступком излагања лишајевима, стопа морталитета лишајева се утврђује током времена излагања од 300 дана. У другом поступку, француска пашњачка трава се излаже 14±1 дана. Затим се одређује количина раста. Обе процедуре служе као збирно одређивање ефеката концентрације загађивача ваздуха.

Мреже за праћење квалитета ваздуха

Широм света се користе најразличитије врсте мрежа за квалитет ваздуха. Треба разликовати мерне мреже, које се састоје од аутоматских, компјутерски контролисаних мерних станица (мерних контејнера), и виртуелних мерних мрежа, које само дефинишу мерне локације за различите врсте мерења концентрације загађивача у ваздуху у облику унапред постављене мреже. Задаци и концепције мерних мрежа су разматрани горе.

Мреже за континуирано праћење

Континуирано оперативне мерне мреже засноване су на аутоматским мерним станицама, а служе првенствено за праћење квалитета ваздуха у урбаним срединама. Мере се загађивачи ваздуха као што је сумпор диоксид (СО₂), прашина, азот моноксид (НО), азот диоксид (НО₂), угљен моноксид (ЦО), озон (О₃), а донекле и збир угљоводоника (слободни метан, Ц_nH_m) или појединачних органских компоненти (нпр. бензен, толуен, ксилени). Поред тога, у зависности од потребе, укључени су метеоролошки параметри као што су правац ветра, брзина ветра, температура ваздуха, релативна влажност, падавине, глобално зрачење или радијациони биланс.

Мерна опрема која ради у мерним станицама се углавном састоји од анализатора, јединице за калибрацију и контролне и управљачке електронике, која надгледа целокупну мерну опрему и садржи стандардизовани интерфејс за прикупљање података. Поред мерних вредности, мерна опрема испоручује такозване статусне сигнале о грешкама и радном статусу. Калибрација уређаја се аутоматски проверава компјутером у редовним интервалима.

Мерне станице су по правилу повезане фиксним линијама за пренос података, телефонским везама или другим системима за пренос података на рачунар (процесни рачунар, радну станицу или ПЦ, у зависности од обима система) у који се уносе, обрађују и обрађују резултати мерења. приказати. Рачунари мерне мреже и, по потреби, посебно обучено особље континуирано прате да ли су прекорачене различите границе прага. На овај начин критичне ситуације квалитета ваздуха могу се препознати у било ком тренутку. Ово је веома важно, посебно за праћење критичних ситуација смога зими и лети (фотооксиданти) и за актуелне јавне информације.

Мерне мреже за случајна мерења узорака

Поред мреже телеметријских мерења, други мерни системи за праћење квалитета ваздуха се користе у различитој мери. Примери укључују (повремено делимично аутоматизоване) мреже мерења за одређивање:

• таложење прашине и њених компоненти
• суспендована прашина (СПМ) и њене компоненте
• угљоводоника и хлорисаних угљоводоника
• ниско испарљиве органске материје (диоксини, фурани, полихлоровани бифенили).

 

Низ супстанци измерених на овај начин класификован је као канцероген, као што су једињења кадмијума, ПАХ или бензен. Стога је њихово праћење посебно важно.

Као пример свеобухватног програма, табела 7 сумира праћење квалитета ваздуха које се систематски спроводи у Северној Рајни-Вестфалији, која је са 18 милиона становника најмногољуднија држава у Немачкој.

Табела 7. Систематско праћење квалитета ваздуха у Северној Рајни-Вестфалији (Немачка)

 

Назад

Управљање загађењем ваздуха

Циљ менаџера система за контролу загађења ваздуха је да обезбеди да прекомерне концентрације загађивача ваздуха не достигну подложни циљ. Мете могу укључивати људе, биљке, животиње и материјале. У свим случајевима треба да се бавимо најосетљивијим од сваке од ових група. Загађивачи ваздуха могу укључивати гасове, паре, аеросоле и, у неким случајевима, биолошки опасне материјале. Добро дизајниран систем ће спречити да мета прими штетну концентрацију загађивача.

Већина система контроле загађења ваздуха укључује комбинацију неколико техника контроле, обично комбинацију технолошких контрола и административних контрола, а у већим или сложенијим изворима може постојати више од једне врсте технолошке контроле.

У идеалном случају, избор одговарајућих контрола ће се вршити у контексту проблема који треба решити.

• Шта се емитује, у којој концентрацији?
• Које су мете? Која је најосјетљивија мета?
• Који су прихватљиви нивои краткорочне изложености?
• Који су прихватљиви нивои дугорочне изложености?
• Која комбинација контрола мора бити одабрана да би се осигурало да се не прекораче краткорочни и дугорочни нивои изложености?

 

Табела 1 описује кораке у овом процесу.

 

---

Табела 1. Кораци у одабиру контроле загађења

 

 

* Приликом постављања нивоа изложености у кораку 3, мора се имати на уму да су ове експозиције укупне изложености, а не само оне из биљке. Једном када се успостави прихватљив ниво, позадински нивои и доприноси других биљака само се одузимају да би се одредила максимална количина коју биљка може емитовати без прекорачења прихватљивог нивоа изложености. Ако се то не уради, а три постројења буду дозвољена да емитују у максималној количини, циљне групе ће бити изложене троструко већем од прихватљивог нивоа.

** Неки материјали као што су карциногени немају граничну вредност испод које неће доћи до штетних ефеката. Стога, све док је неком материјалу дозвољено да побегне у животну средину, постојаће одређени ризик за циљну популацију. У овом случају се не може подесити ниво без ефекта (осим нуле). Уместо тога, мора се успоставити прихватљив ниво ризика. Обично се ово поставља у распону од 1 нежељеног исхода на 100,000 до 1,000,000 изложених особа.

---

 

Неке јурисдикције су обавиле део посла постављајући стандарде засноване на максималној концентрацији загађивача коју осетљива мета може да прими. Са овом врстом стандарда, менаџер не мора да спроводи кораке 2 и 3, пошто је регулаторна агенција то већ урадила. У оквиру овог система, менаџер мора успоставити само стандарде неконтролисаних емисија за сваку загађивачу (Корак 1), а затим одредити које контроле су неопходне да би се испунио стандард (Корак 4).

Имајући стандарде квалитета ваздуха, регулатори могу мерити појединачну изложеност и на тај начин утврдити да ли је неко изложен потенцијално штетним нивоима. Претпоставља се да су стандарди постављени под овим условима довољно ниски да заштите најосјетљивију циљну групу. Ово није увек сигурна претпоставка. Као што је приказано у табели 2, могу постојати велике варијације у уобичајеним стандардима квалитета ваздуха. Стандарди квалитета ваздуха за сумпор диоксид се крећу од 30 до 140 μг/м³. За мање уобичајено регулисане материјале ова варијација може бити чак и већа (1.2 до 1,718 μг/м³), као што је приказано у табели 3 за бензен. Ово није изненађујуће с обзиром на то да економија може играти велику улогу у постављању стандарда као и токсикологија. Ако стандард није постављен довољно ниско да заштити осетљиву популацију, нико није добро услужен. Изложене популације имају осећај лажног самопоуздања и могу несвесно бити изложене ризику. Емитер може у почетку да осети да је имао користи од блажих стандарда, али ако ефекти у заједници захтевају од компаније да редизајнира своје контроле или инсталира нове контроле, трошкови би могли бити већи него да се то уради исправно први пут.

Табела 2. Опсег стандарда квалитета ваздуха за уобичајено контролисан загађивач ваздуха (сумпор диоксид)

 

Табела 3. Опсег стандарда квалитета ваздуха за мање често контролисан загађивач ваздуха (бензен)

Нивои су стандардизовани на просечно време од 24 сата да би се помогло у поређењу.

(Прилагођено из Цалабресе анд Кенион 1991.)

 

Понекад је овај постепени приступ одабиру контроле загађења ваздуха кратко спојен, а регулатори и дизајнери иду директно на „универзално решење“. Једна таква метода је најбоља доступна контролна технологија (БАЦТ). Претпоставља се да би се коришћењем најбоље комбинације пречистача, филтера и добрих радних пракси на извору емисије постигао довољно низак ниво емисија да заштити најосјетљивију циљну групу. Често ће резултирајући ниво емисије бити испод минимума потребног за заштиту најосетљивијих циљева. На овај начин треба елиминисати све непотребне експозиције. Примери БАЦТ-а су приказани у табели 4.

Табела 4. Одабрани примери најбоље доступне технологије управљања (БАЦТ) који показују коришћени метод контроле и процењену ефикасност

 

БАЦТ сам по себи не обезбеђује адекватне нивое контроле. Иако је ово најбољи систем контроле заснован на контролама чишћења гаса и добрим оперативним праксама, БАЦТ можда неће бити довољно добар ако је извор велико постројење или ако се налази поред осетљиве мете. Најбољу доступну контролну технологију треба тестирати како би се осигурало да је заиста довољно добра. Резултирајуће стандарде емисије треба проверити да би се утврдило да ли и даље могу бити штетни чак и са најбољим контролама чишћења гаса. Ако су емисиони стандарди и даље штетни, можда ће се морати размотрити друге основне контроле, као што је одабир сигурнијих процеса или материјала, или премештање у мање осетљиво подручје.

Још једно „универзално решење“ које заобилази неке од корака су стандарди перформанси извора. Многе јурисдикције успостављају стандарде емисије који се не могу прекорачити. Емисиони стандарди се заснивају на емисијама на извору. Обично ово добро функционише, али као и БАЦТ они могу бити непоуздани. Нивои треба да буду довољно ниски да одрже максималне емисије довољно ниске да заштите осетљиву циљну популацију од типичних емисија. Међутим, као и са најбољом доступном технологијом управљања, ово можда неће бити довољно добро да заштити све тамо где постоје велики извори емисије или у близини осетљиве популације. Ако је то случај, морају се користити друге процедуре како би се осигурала сигурност свих циљних група.

И БАЦТ и стандарди за емисију имају основну грешку. Претпостављају да ће, уколико се у фабрици испуне одређени критеријуми, циљне групе аутоматски бити заштићене. Ово није нужно тако, али када се такав систем усвоји у закон, ефекти на мету постају секундарни у односу на поштовање закона.

БАЦТ и стандарди изворних емисија или критеријуми пројектовања треба да се користе као минимални критеријуми за контролу. Ако ће БАЦТ или критеријуми емисије заштитити подложне мете, онда се они могу користити како је предвиђено, у супротном се морају користити друге административне контроле.

Мере контроле

Контроле се могу поделити на две основне врсте контрола – технолошке и административне. Технолошке контроле се овде дефинишу као хардвер који се ставља на извор емисије да би се смањила загађивача у струји гаса на ниво који је прихватљив за заједницу и који ће заштитити најосетљивију мету. Административне контроле су овде дефинисане као друге мере контроле.

Технолошке контроле

Системи за чишћење гаса се постављају на извору, пре димњака, како би се уклонили загађивачи из струје гаса пре него што се испусте у животну средину. Табела 5 приказује кратак преглед различитих класа система за чишћење гаса.

Табела 5. Методе чишћења гаса за уклањање штетних гасова, пара и честица из емисија индустријских процеса

 

Пречистач гаса је део сложеног система који се састоји од напа, канала, вентилатора, чистача и димњака. Дизајн, перформансе и одржавање сваког дела утичу на перформансе свих осталих делова, и система у целини.

Треба напоменути да ефикасност система увелико варира за сваки тип чистача, у зависности од његовог дизајна, уложене енергије и карактеристика струје гаса и загађивача. Као резултат тога, ефикасност узорка у табели 5 су само апроксимације. Варијација у ефикасности је приказана са мокрим перачима у табели 5. Ефикасност сакупљања мокрим скрубером креће се од 98.5 процената за честице од 5 μм до 45 процената за честице од 1 μм при истом паду притиска у скруберу (6.8 ин. манометар (вг )). За честице исте величине, 1 μм, ефикасност иде од 45 процената ефикасности при 6.8 вг до 99.95 при 50 вг. Не препоручује се употреба генеричких уређаја.

Одлагање отпада

Приликом одабира и пројектовања система за пречишћавање гаса, мора се пажљиво размотрити безбедно одлагање прикупљеног материјала. Као што је приказано у табели 6, неки процеси производе велике количине загађивача. Ако се већина загађивача прикупи помоћу опреме за чишћење гаса, може доћи до проблема са одлагањем опасног отпада.

Табела 6. Узорак стопа неконтролисаних емисија за одабране индустријске процесе

 

У неким случајевима отпад може садржати вредне производе који се могу рециклирати, као што су тешки метали из топионице или растварач са линије за фарбање. Отпад се може користити као сировина за други индустријски процес – на пример, сумпор-диоксид сакупљен као сумпорна киселина може се користити у производњи ђубрива.

Тамо где се отпад не може рециклирати или поново употребити, одлагање можда неће бити једноставно. Не само да јачина звука може бити проблем, већ и сама може бити опасна. На пример, ако се сумпорна киселина заробљена из котла или топионице не може поново употребити, мораће да се додатно третира да би се неутралисала пре одлагања.

Дисперзија

Дисперзија може смањити концентрацију загађивача на мети. Међутим, мора се имати на уму да дисперзија не смањује укупну количину материјала који излази из биљке. Висока гомила омогућава само да се перјаница рашири и разблажи пре него што достигне ниво тла, где је вероватно да ће постојати подложни циљеви. Ако је загађивач првенствено сметња, као што је мирис, дисперзија може бити прихватљива. Међутим, ако је материјал упоран или кумулативан, као што су тешки метали, разблаживање можда није одговор на проблем загађења ваздуха.

Дисперзију треба користити опрезно. Морају се узети у обзир локални метеоролошки и површински услови. На пример, у хладнијим климама, посебно са снежним покривачем, може доћи до честих температурних инверзија које могу заробити загађиваче близу тла, што резултира неочекивано високим излагањем. Слично томе, ако се биљка налази у долини, перјанице се могу кретати горе-доле по долини или бити блокиране околним брдима тако да се не рашире и распршују како се очекује.

Административне контроле

Поред технолошких система, постоји још једна група контрола које се морају узети у обзир у целокупном дизајну система за контролу загађења ваздуха. Великим делом потичу од основних средстава индустријске хигијене.

замена

Једна од пожељних метода хигијене на раду за контролу опасности по животну средину на радном месту је замена безбеднијим материјалом или процесом. Ако се може користити безбеднији процес или материјал и избећи штетне емисије, врста или ефикасност контрола постаје академска. Боље је избећи проблем него покушати исправити лошу прву одлуку. Примери замене укључују употребу чистијих горива, поклопце за складиштење на велико и снижене температуре у сушарама.

Ово се односи на мање куповине, као и на главне критеријуме дизајна за постројење. Ако се купују само еколошки безбедни производи или процеси, неће бити ризика за животну средину, унутра или напољу. Ако се изврши погрешна куповина, остатак програма састоји се од покушаја да се надокнади та прва одлука. Ако се купи јефтин, али опасан производ или процес, можда ће му бити потребне посебне процедуре и опрема за руковање, као и посебне методе одлагања. Као резултат тога, јефтина ставка може имати само ниску набавну цену, али високу цену за њено коришћење и одлагање. Можда би сигурнији али скупљи материјал или процес дугорочно био јефтинији.

Локална вентилација

Контроле су потребне за све идентификоване проблеме који се не могу избећи заменом безбеднијих материјала или метода. Емисије почињу на појединачном радилишту, а не на димњаку. Систем вентилације који хвата и контролише емисије на извору помоћи ће у заштити заједнице ако је правилно пројектован. Напе и канали вентилационог система су део укупног система контроле загађења ваздуха.

Пожељан је локални систем вентилације. Не разређује загађиваче и обезбеђује концентрисан ток гаса који се лакше чисти пре испуштања у животну средину. Опрема за чишћење гаса је ефикаснија када се чисти ваздух са већом концентрацијом загађивача. На пример, поклопац за хватање изнад излива металне пећи ће спречити да загађивачи уђу у околину и испоручити испарења у систем за чишћење гаса. У табели 5 се може видети да се ефикасност чишћења за апсорпциона и адсорпциона средства за чишћење повећава са концентрацијом загађивача, а средства за чишћење кондензације се не препоручују за ниске нивое (<2,000 ппм) загађивача.

Ако се загађивачи не ухвате на извору и ако им се дозволи да побегну кроз прозоре и вентилационе отворе, они постају неконтролисане фугитивне емисије. У неким случајевима, ове неконтролисане фугитивне емисије могу имати значајан утицај на непосредно суседство.

Изолација

Изолација – лоцирање постројења даље од подложних циљева – може бити главни метод контроле када су инжењерске контроле саме по себи неадекватне. Ово може бити једини начин да се постигне прихватљив ниво контроле када се мора ослонити на најбољу доступну технологију управљања (БАЦТ). Ако је, након примене најбољих доступних контрола, циљна група и даље у опасности, мора се размотрити проналажење алтернативног места где осетљиве популације нису присутне.

Изолација, као што је горе представљено, представља начин одвајања појединачне биљке од подложних мета. Други систем изолације је где локалне власти користе зонирање да одвоје класе индустрија од подложних циљева. Када се индустрије одвоје од циљне популације, становништву не би требало дозволити да се пресели поред објекта. Иако ово изгледа као здрав разум, не користи се онолико често колико би требало да буде.

Радне процедуре

Радне процедуре морају бити развијене како би се осигурало да се опрема користи правилно и безбедно, без ризика по раднике или животну средину. Комплексни системи загађивања ваздуха морају се правилно одржавати и користити ако желе да раде свој посао како је предвиђено. Важан фактор у томе је обука особља. Особље мора бити обучено како да користи и одржава опрему како би се смањила или елиминисала количина опасних материја које се емитују на радно место или у заједницу. У неким случајевима БАЦТ се ослања на добру праксу како би осигурао прихватљиве резултате.

Праћење у реалном времену

Систем заснован на праћењу у реалном времену није популаран и не користи се обично. У овом случају, континуирано праћење емисија и метеоролошки мониторинг могу се комбиновати са моделирањем дисперзије ради предвиђања изложености ветру. Када се предвиђена изложеност приближи прихватљивом нивоу, информације се користе за смањење стопе производње и емисија. Ово је неефикасна метода, али може бити прихватљива метода привремене контроле за постојећи објекат.

Обрнуто од овога да се објаве упозорења јавности када су услови такви да могу постојати прекомерне концентрације загађивача, како би јавност могла да предузме одговарајуће мере. На пример, ако се пошаље упозорење да су атмосферски услови такви да су нивои сумпор-диоксида низ ветар од топионице превисоки, осетљиве популације као што су астматичари знаће да не излазе напоље. Опет, ово може бити прихватљива привремена контрола док се не инсталирају сталне контроле.

Атмосферски и метеоролошки мониторинг у реалном времену се понекад користи да би се избегли или смањили велики догађаји загађења ваздуха где може постојати више извора. Када постане евидентно да су прекомерни нивои загађења ваздуха вероватни, лична употреба аутомобила може бити ограничена, а индустрије са великим емисијама гасова се гасе.

Одржавање/одржавање

У свим случајевима, ефикасност контрола зависи од правилног одржавања; опрема мора да ради како је предвиђено. Не само да се контроле загађења ваздуха морају одржавати и користити како је предвиђено, већ се и процеси који стварају потенцијалне емисије морају одржавати и правилно функционисати. Пример индустријског процеса је сушара дрвне сечке са неисправним регулатором температуре; ако сушара ради на превисокој температури, она ће емитовати више материјала, а можда и другу врсту материјала, из дрвета за сушење. Пример одржавања пречистача гаса који утиче на емисије био би лоше одржаван простор за вреће са поломљеним врећама, што би омогућило честицама да прођу кроз филтер.

Одржавање домаћинства такође игра важну улогу у контроли укупних емисија. Прашина која се брзо не очисти унутар постројења може се поново увући и представљати опасност за особље. Ако се прашина преноси ван постројења, она представља опасност за заједницу. Лоше одржавање домаћинства у дворишту биљке могло би представљати значајан ризик за заједницу. Непокривени расути материјали, биљни отпад или прашина подигнута у возилима могу довести до тога да се загађивачи ветром преносе у заједницу. Одржавање чистоће дворишта, коришћење одговарајућих контејнера или складишта, важно је за смањење укупних емисија. Систем мора бити не само правилно дизајниран, већ и правилно коришћен да би заједница била заштићена.

Најгори пример лошег одржавања и одржавања би био постројење за опоравак олова са поквареним транспортером за оловну прашину. Прашини је било дозвољено да побегне из транспортера све док гомила није била толико висока да би прашина могла да склизне низ гомилу и кроз разбијени прозор. Локални ветрови су тада разносили прашину по комшилуку.

Опрема за узорковање емисија

Узорковање извора се може извршити из неколико разлога:

• За карактеризацију емисија. Да би се дизајнирао систем контроле загађења ваздуха, мора се знати шта се емитује. Мора се знати не само запремина гаса, већ и количина, идентитет и, у случају честица, дистрибуција величине материјала који се емитује. Исте информације су неопходне за каталогизацију укупних емисија у комшилуку.

• За тестирање ефикасности опреме. Након што је купљен систем за контролу загађења ваздуха, треба га тестирати да би се уверило да ради предвиђени посао.

• Као део контролног система. Када се емисије континуирано прате, подаци се могу користити за фино подешавање система контроле загађења ваздуха или самог рада постројења.

• За утврђивање усклађености. Када регулаторни стандарди укључују границе емисије, узорковање емисија се може користити за утврђивање усклађености или неусаглашености са стандардима.

 

Тип коришћеног система узорковања зависиће од разлога за узимање узорака, трошкова, доступности технологије и обуке особља.

Видљиве емисије

Тамо где постоји жеља да се смањи снага запрљања ваздуха, побољша видљивост или спречи уношење аеросола у атмосферу, стандарди се могу заснивати на видљивим емисијама.

Видљиве емисије се састоје од малих честица или обојених гасова. Што је перјаница непрозирнија, то се више материјала емитује. Ова карактеристика је очигледна на видику, а обучени посматрачи се могу користити за процену нивоа емисије. Постоји неколико предности коришћења овог метода за процену стандарда емисије:

• Није потребна скупа опрема.

• Једна особа може направити много запажања у једном дану.

• Оператери постројења могу брзо да процене ефекте промена процеса по ниској цени.

• Прекршиоци се могу цитирати без дуготрајног тестирања извора.

• Упитне емисије се могу лоцирати и стварне емисије затим одредити испитивањем извора као што је описано у следећим одељцима.

 

Екстрактивно узорковање

Много ригорознији метод узорковања захтева да се узорак гасне струје уклони из димњака и анализира. Иако ово звучи једноставно, то се не преводи у једноставан метод узорковања.

Узорак треба сакупљати изокинетички, посебно када се сакупљају честице. Изокинетичко узорковање се дефинише као узорковање увлачењем узорка у сонду за узорковање истом брзином којом се материјал креће у димњаку или каналу. Ово се ради мерењем брзине гасне струје помоћу Пито цеви, а затим подешавањем брзине узорковања тако да узорак уђе у сонду истом брзином. Ово је од суштинског значаја приликом узорковања за честице, пошто веће, теже честице неће пратити промену смера или брзине. Као резултат тога, концентрација већих честица у узорку неће бити репрезентативна за струју гаса и узорак ће бити нетачан.

Узорак за сумпор-диоксид је приказан на слици 1. Није једноставан и потребан је обучен оператер да осигура да је узорак правилно узет. Ако треба узорковати нешто друго осим сумпор-диоксида, ударци и ледено купатило се могу уклонити и уметнути одговарајући уређај за сакупљање.

Слика 1. Дијаграм изокинетичког воза за узорковање сумпордиоксида

Екстрактивно узорковање, посебно изокинетичко узорковање, може бити веома прецизно и разноврсно и има неколико употреба:

• То је призната метода узорковања са адекватним контролама квалитета и стога се може користити за утврђивање усклађености са стандардима.

• Потенцијална тачност методе чини је погодном за тестирање перформанси нове контролне опреме.

• Пошто се узорци могу сакупљати и анализирати у контролисаним лабораторијским условима за многе компоненте, то је корисно за карактеризацију струје гаса.

 

Поједностављени и аутоматизовани систем узорковања може бити повезан са континуалним гасом (електрохемијски, ултраљубичасти фотометријски или сензори за јонизацију пламена) или анализатором честица (нефелометар) за континуирано праћење емисија. Ово може да обезбеди документацију о емисијама и тренутном радном статусу система за контролу загађења ваздуха.

Ин ситу узорковање

Емисије се такође могу узорковати у димњаку. Слика 2 је приказ једноставног трансмисометра који се користи за мерење материјала у струји гаса. У овом примеру, сноп светлости се пројектује преко наслага до фотоћелије. Честице или обојени гас ће апсорбовати или блокирати део светлости. Што је више материјала, мање светлости ће доћи до фотоћелије. (Погледајте слику 2.)

Слика 2. Једноставан трансмисометар за мерење честица у гомилу

Коришћењем различитих извора светлости и детектора, као што је ултраљубичасто светло (УВ), могу се детектовати гасови провидни за видљиву светлост. Ови уређаји се могу подесити на одређене гасове и на тај начин могу мерити концентрацију гаса у току отпада.

An на лицу места систем за праћење има предност у односу на екстрактивни систем у томе што може да мери концентрацију у целом димњаку или каналу, док екстрактивни метод мери концентрације само на тачки из које је узорак екстрахован. Ово може довести до значајне грешке ако струја узорка гаса није добро измешана. Међутим, екстрактивни метод нуди више метода анализе, и стога се можда може користити у више апликација.

Пошто на лицу места Систем обезбеђује континуирано очитавање, може се користити за документовање емисија или за фино подешавање оперативног система.

 

Назад

Овај чланак има за циљ да пружи читаоцу разумевање тренутно доступне технологије за приступ контроли загађења воде, надовезујући се на дискусију о трендовима и појавама које су дали Хеспанхол и Хелмер у поглављу Опасности по здравље животне средине. Следећи одељци се баве контролом проблема загађења вода, прво под насловом „Контрола загађења површинских вода“, а затим под насловом „Контрола загађења подземних вода“.

Контрола загађења површинских вода

Дефиниција загађења воде

Загађење воде се односи на квалитативно стање нечистоће или нечистоће у хидролошким водама одређеног региона, као што је слив. То је резултат појаве или процеса који узрокује смањење корисности земаљских вода, посебно у вези са људским здрављем и утицајима на животну средину. Процес загађења наглашава губитак чистоће кроз контаминацију, што даље имплицира упад или контакт са спољним извором као узрок. Термин заражен се примењује на екстремно ниске нивое загађења воде, као у њиховој почетној корупцији и пропадању. Скрвљење је резултат загађења и указује на кршење или скрнављење.

Хидролошке воде

Природне воде Земље могу се посматрати као систем који непрекидно кружи као што је приказано на слици 1, која пружа графичку илустрацију вода у хидролошком циклусу, укључујући и површинске и подземне воде.

Слика 1. Хидролошки циклус

Као референца за квалитет воде, дестиловане воде (Х₂О) представљају највише стање чистоће. Воде у хидролошком циклусу могу се посматрати као природне, али нису чисте. Загађују се и природним и људским активностима. Ефекти природне деградације могу произаћи из безброј извора – од фауне, флоре, ерупција вулкана, удара грома који изазивају пожаре и тако даље, за које се на дугорочној основи сматра да су преовлађујући позадински нивои у научне сврхе.

Загађење изазвано људским фактором нарушава природну равнотежу наметањем отпадних материјала који се испуштају из различитих извора. Загађивачи могу бити унети у воде хидролошког циклуса у било ком тренутку. На пример: атмосферске падавине (киша) могу бити контаминиране загађивачима ваздуха; површинске воде могу постати загађене у процесу отицања са сливова; канализација се може испуштати у потоке и реке; а подземне воде могу постати загађене инфилтрацијом и подземном контаминацијом.

 

 

Слика 2 приказује расподелу хидролошких вода. Загађење се тада наноси на ове воде и стога се може посматрати као неприродно или неуравнотежено стање животне средине. Процес загађивања може се десити у водама било ког дела хидролошког циклуса, а очигледнији је на површини земље у виду отицања из сливова у потоке и реке. Међутим, загађење подземних вода такође има велики утицај на животну средину и о њему се говори у одељку о загађењу површинских вода.

Слика 2. Расподела падавина

Сливови извори загађења вода

Сливови су изворни домен загађења површинских вода. Слив се дефинише као област земљине површине на коју хидролошке воде падају, акумулирају се, користе, одлажу и на крају се испуштају у потоке, реке или друга водна тела. Састоји се од дренажног система са крајњим отицањем или сакупљањем у потоку или реци. Велике речне сливове се обично називају сливовима. Слика 3 је приказ хидролошког циклуса на регионалном сливу. За регион, диспозиција различитих вода може се написати као једноставна једначина, која је основна једначина хидрологије коју су написали Виессман, Левис и Кнапп (1989); типичне јединице су мм/годишње:

П - Р - Г - Е - Т = ±S

где је:

P = падавине (тј. падавине, снежне падавине, град)

R = отицање или површински ток слива

G = подземне воде

E = испаравање

T = транспирација

S = површинско складиштење

Слика 3. Регионални хидролошки циклус

Падавине се посматрају као почетни облик у горњем хидролошком буџету. Израз отицање је синоним за ток. Складиштење се односи на резервоаре или системе за задржавање који сакупљају воду; на пример, брана коју је направио човек (бараж) на реци ствара резервоар за потребе складиштења воде. Подземне воде се сакупљају као систем за складиштење и могу тећи са једне локације на другу; може бити инфлуентна или ефлуентна у односу на површинске токове. Испаравање је површински феномен воде, а транспирација је повезана са преносом из биоте.

 

 

 

 

 

 

 

Иако сливови могу веома варирати по величини, одређени дренажни системи за означавање загађења воде се класификују као урбани или неурбани (пољопривредни, рурални, неразвијени) по карактеру. Загађење које се јавља у овим дренажним системима потиче из следећих извора:

Извори тачака: отпад се испушта у пријемно водно тело на одређеној локацији, на месту као што је канализациона цев или нека врста испуста концентрисаног система.

Нетачкасти (распршени) извори: загађење које улази у пријемно водно тијело из дисперзованих извора у сливу; типично је одвођење несакупљених падавина отицања воде у поток. Нетачкасти извори се такође понекад називају „дифузним“ водама; међутим, термин распршен се сматра више дескриптивним.

Повремени извори: са тачке или извора који се испушта под одређеним околностима, као што су услови преоптерећења; комбинована преливања канализације током периода отицања обилних падавина су типична.

Загађивачи воде у потоцима и рекама

Када се штетни отпадни материјали из горе наведених извора испуштају у потоке или друге водене површине, они постају загађивачи који су класификовани и описани у претходном одељку. Загађивачи или загађивачи који улазе у водно тело могу се даље поделити на:

• разградиви (неконзервативни) загађивачи: нечистоће које се на крају разлажу у безопасне супстанце или које се могу уклонити методама третмана; то јест, одређени органски материјали и хемикалије, кућна канализација, топлота, хранљиве материје биљака, већина бактерија и вируса, одређени седименти
• неразградиви (конзервативни) загађивачи: нечистоће које опстају у воденој средини и не смањују концентрацију осим ако се не разблаже или уклоне кроз третман; односно одређене органске и неорганске хемикалије, соли, колоидне суспензије
• опасних загађивача у води: сложени облици штетног отпада укључујући токсичне метале у траговима, одређена неорганска и органска једињења
• радионуклидне загађиваче: материјали који су били изложени радиоактивном извору.

 

Прописи о контроли загађења вода

Шире применљиве прописе о контроли загађивања вода углавном доносе националне владине агенције, са детаљнијим прописима држава, покрајина, општина, водних округа, округа за очување, санитарних комисија и других. На националном и државном (или покрајинском) нивоу, агенције за заштиту животне средине (ЕПА) и министарства здравља обично су задужени за ову одговорност. У дискусији о прописима у наставку, формат и одређени делови прате пример стандарда квалитета воде који се тренутно примењују у америчкој држави Охајо.

Ознаке коришћења квалитета воде

Крајњи циљ у контроли загађења вода био би нулто испуштање загађујућих материја у водна тијела; међутим, потпуно постизање овог циља обично није исплативо. Преферирани приступ је постављање ограничења на одлагање отпада ради разумне заштите здравља људи и животне средине. Иако се ови стандарди могу значајно разликовати у различитим јурисдикцијама, ознаке употребе за одређена водна тијела су обично основа, као што је укратко објашњено у наставку.

Снабдевање водом обухвата:

• јавни водовод: воде које ће уз конвенционални третман бити погодне за људску употребу
• пољопривредно снабдевање: воде погодне за наводњавање и појење стоке без третмана
• индустријско/комерцијално снабдевање: воде погодне за индустријску и комерцијалну употребу са или без третмана.

 

Рекреативне активности укључују:

• воде за купање: воде које су током одређених годишњих доба погодне за купање у складу са одобреним квалитетом воде уз заштитне услове и објекте
• Примарни контакт: воде које су током одређених годишњих доба погодне за рекреацију пуним телесним контактом као што је пливање, вожња кануом и подводно роњење уз минималну опасност по јавно здравље као резултат квалитета воде
• секундарни контакт: воде које су током одређених годишњих доба погодне за рекреацију делимичног телесног контакта, као што је, али не ограничавајући се на, гажење, уз минималну опасност по јавно здравље као резултат квалитета воде.

 

Јавни водни ресурси се категоришу као водна тијела која се налазе у оквиру система паркова, мочвара, подручја дивљих животиња, дивљих, сликовитих и рекреативних ријека и језера у јавном власништву, те воде од изузетног рекреативног или еколошког значаја.

Станишта воденог живота

Типичне ознаке ће се разликовати у зависности од климе, али се односе на услове у водним тијелима за подршку и одржавање одређених водених организама, посебно различитих врста риба. На пример, ознаке употребе у умереној клими како су подељене у прописима Агенције за заштиту животне средине државе Охајо (ЕПА) су наведене у наставку без детаљних описа:

• топла вода
• ограничена топла вода
• изузетна топла вода
• модификована топла вода
• сезонски салмонид
• хладна вода
• ограничени ресурси воде.

 

Критеријуми контроле загађења воде

Природне воде и отпадне воде карактеришу физички, хемијски и биолошки састав. Основна физичка својства и хемијски и биолошки састојци отпадне воде и њихови извори су дугачка листа, објављена у уџбенику Меткалфа и Едија (1991). Аналитичке методе за ова одређивања дате су у широко коришћеном приручнику под насловом Стандардне методе за испитивање воде и отпадних вода од стране Америчког удружења за јавно здравље (1995).

Свако одређено водно тијело треба контролисати у складу са прописима који се могу састојати од основних и детаљнијих нумеричких критеријума као што је укратко објашњено у наставку.

Основна слобода од загађења. У мери у којој је то практично и могуће, сва водена тела треба да достигну основне критеријуме „Пет слобода од загађења”:

1. без суспендованих чврстих материја или других супстанци које улазе у воде као резултат људске активности и које ће се таложити и формирати труле или на други начин непожељне наслаге муља, или које ће штетно утицати на водени свет
2. без плутајућих остатака, уља, шљама и других плутајућих материјала који улазе у воде као резултат људске активности у количинама довољним да буду ружне или проузрокују деградацију
3. без материјала који улазе у воде као резултат људске активности, производећи боју, мирис или друге услове у таквом степену да стварају сметњу
4. без супстанци које улазе у воде као резултат људске активности, у концентрацијама које су токсичне или штетне за људе, животиње или водени свет и/или су брзо смртоносне у зони мешања
5. без хранљивих материја које улазе у воде као резултат људске активности, у концентрацијама које стварају неугодан раст водених корова и алги.

 

Критеријуми квалитета воде су бројчана ограничења и смернице за контролу хемијских, биолошких и токсичних састојака у водним тијелима.

Са преко 70,000 и више хемијских једињења која се данас користе, непрактично је одредити контролу сваког од њих. Међутим, критеријуми за хемикалије се могу утврдити на основу ограничења јер се они пре свега односе на три главне класе потрошње и изложености:

Класа КСНУМКС: Хемијски критеријуми за заштиту здравља људи су од највеће важности и требало би да буду постављени у складу са препорукама владиних здравствених агенција, СЗО и признатих организација за истраживање здравља.

Класа КСНУМКС: Хемијски критеријуми за контролу пољопривредног водоснабдевања треба да се заснивају на признатим научним студијама и препорукама које ће заштитити од штетних ефеката на усеве и стоку као последица наводњавања усева и појења стоке.

Класа КСНУМКС: Хемијски критеријуми за заштиту воденог света треба да се заснивају на признатим научним студијама о осетљивости ових врста на специфичне хемикалије, као иу вези са људском потрошњом рибе и морских плодова.

Критеријуми за ефлуент отпадних вода односе се на ограничења загађујућих састојака присутних у ефлуентима отпадних вода и представљају даљи метод контроле. Оне се могу поставити као повезане са ознакама употребе воде водних тијела и као што се односе на горе наведене класе за хемијске критеријуме.

Биолошки критеријуми су засновани на условима станишта водног тела који су потребни за одржавање воденог живота.

Органски садржај отпадних вода и природних вода

Бруто садржај органске материје је најважнији у карактеризацији јачине загађења и отпадних и природних вода. У ту сврху се обично користе три лабораторијска теста:

Биохемијска потреба за кисеоником (БПК): петодневни БПК (БПК5) је најчешће коришћени параметар; овај тест мери растворени кисеоник који користе микроорганизми у биохемијској оксидацији органске материје током овог периода.

Хемијска потреба за кисеоником (ЦОД): овај тест је за мерење органске материје у комуналном и индустријском отпаду који садржи једињења која су токсична за биолошки живот; то је мера еквивалента кисеоника органске материје која се може оксидовати.

Укупни органски угљеник (ТОЦ): овај тест је посебно применљив на мале концентрације органске материје у води; то је мера органске материје која је оксидована у угљен-диоксид.

Прописи антидеградационе политике

Прописи против деградације су даљи приступ за спречавање ширења загађења воде изван одређених преовлађујућих услова. На пример, политика против деградације стандарда квалитета воде Агенције за заштиту животне средине Охаја састоји се од три нивоа заштите:

Тиер КСНУМКС: Постојећа употреба мора бити одржавана и заштићена. Није дозвољено даље погоршање квалитета воде које би ометало постојеће намене.

Тиер КСНУМКС: Затим, квалитет воде који је бољи од оног који је потребан за заштиту коришћења мора да се одржава осим ако се не покаже да је нижи квалитет воде неопходан за важан економски или друштвени развој, како је одредио директор ЕПА.

Тиер КСНУМКС: Коначно, квалитет водних ресурса мора се одржавати и штитити. Њихов постојећи квалитет амбијенталне воде не сме да буде деградиран никаквим супстанцама за које се утврди да су токсичне или да ометају било коју наменску употребу. Повећана оптерећења загађујућих материја су дозвољена за испуштање у водна тијела ако не доводе до смањења постојећег квалитета воде.

Зоне мешања испуштања загађења воде и моделирање расподеле оптерећења отпада

Зоне мешања су области у водном телу које омогућавају испуштању третираних или нетретираних отпадних вода да постигну стабилизоване услове, као што је илустровано на слици 4 за текући ток. Испуштање је у почетку у пролазном стању које се прогресивно разблажује од концентрације извора до услова воде за пријем. Не треба га сматрати ентитетом за лечење и може бити означен посебним ограничењима.

Слика 4. Зоне мешања

Типично, зоне мешања не смеју:

• ометају миграцију, опстанак, репродукцију или раст водених врста

• укључују површине за мријест или расаднике

• обухватају јавне водозахвате

• обухватају купалишта

• чине више од 1/2 ширине потока

• чине више од 1/2 површине попречног пресека ушћа потока

• продужавати низводно на растојању већу од пет пута ширине тока.

 

Студије о расподели оптерећења отпада су постале важне због високе цене контроле нутријената у испуштању отпадних вода како би се избегла еутрофикација у току (дефинисана у наставку). Ове студије генерално користе коришћење компјутерских модела за симулацију услова квалитета воде у току, посебно у погледу хранљивих материја као што су облици азота и фосфора, који утичу на динамику раствореног кисеоника. Традиционалне моделе квалитета воде овог типа представља амерички ЕПА модел КУАЛ2Е, који су описали Бровн и Барнвелл (1987). Новији модел који је предложио Тејлор (1995) је Омни дневни модел (ОДМ), који укључује симулацију утицаја укорењене вегетације на динамику хранљивих материја и раствореног кисеоника у току.

Одредбе за одступање

Сви прописи о контроли загађивања воде су ограничени у савршенству и стога би требало да садрже одредбе које дозвољавају процењивање на основу одређених услова који могу спречити тренутно или потпуно поштовање.

Процена и управљање ризиком у вези са загађењем вода

Горе наведени прописи о контроли загађења воде типични су за приступе влада широм света за постизање усаглашености са стандардима квалитета воде и границама испуштања отпадних вода. Генерално, ови прописи су постављени на основу здравствених фактора и научних истраживања; тамо где постоји извесна неизвесност у погледу могућих ефеката, често се примењују безбедносни фактори. Примена неких од ових прописа може бити неразумна и изузетно скупа за јавност у целини, као и за приватна предузећа. Стога расте забринутост за ефикаснију алокацију ресурса у постизању циљева за побољшање квалитета воде. Као што је раније истакнуто у расправи о хидролошким водама, нетакнута чистоћа не постоји чак ни у природним водама.

Све већи технолошки приступ подстиче процену и управљање еколошким ризицима у постављању прописа о загађењу вода. Концепт се заснива на анализи еколошких користи и трошкова у испуњавању стандарда или ограничења. Паркхурст (1995) је предложио примену процене акватичног еколошког ризика као помоћ при постављању граница контроле загађења воде, посебно као применљивих за заштиту воденог света. Такве методе процене ризика могу се применити за процену еколошких ефеката хемијских концентрација за широк спектар услова загађења површинских вода укључујући:

• тачкасти извор загађења

• нетачкаст извор загађења

• постојећих контаминираних седимената у каналима потока

• локације опасног отпада у вези са водним тијелима

• анализа постојећих критеријума контроле загађења вода.

 

Предложени метод се састоји од три нивоа; као што је приказано на слици 5 која илуструје приступ.

Слика 5. Методе за спровођење процене ризика за узастопне нивое анализе. Ниво 1: Ниво скрининга; Ниво 2: Квантификација потенцијално значајних ризика; Ниво 3: Квантификација ризика специфичне за локацију

Загађење воде у језерима и акумулацијама

Језера и резервоари обезбеђују запреминско складиштење дотока слива и могу имати дуге временске периоде испирања у поређењу са брзим приливом и одливом за домет у текућем току. Стога су они од посебне забринутости у погледу задржавања одређених састојака, посебно хранљивих материја укључујући облике азота и фосфора који подстичу еутрофикацију. Еутрофикација је природни процес старења у коме се садржај воде органски обогаћује, што доводи до доминације непожељног раста у води, као што су алге, водени зумбул и тако даље. Еутрофни процес има тенденцију да смањи живот у води и има штетне ефекте раствореног кисеоника. И природни и културни извори хранљивих материја могу да промовишу процес, као што илуструје Преул (1974) на слици 6, која приказује шематски списак извора и понора хранљивих материја за језеро Сунапее, у америчкој држави Њу Хемпшир.

Слика 6. Шематски списак извора и понора хранљивих материја (азота и фосфора) за језеро Сунапее, Њу Хемпшир (САД)

Језера и резервоари, наравно, могу се узорковати и анализирати да би се утврдио њихов трофички статус. Аналитичке студије обично почињу са основним балансом хранљивих материја као што је следеће:

(хранљиве материје које улазе у језеро) = (хранљиве материје које испадају из језера) + (задржавање хранљивих материја у језеру)

Ова основна равнотежа може се даље проширити тако да укључи различите изворе приказане на слици 6.

Време испирања је индикација релативних аспеката задржавања језерског система. Плитка језера, као што је језеро Ерие, имају релативно кратко време испирања и повезана су са напредном еутрофикацијом јер су плитка језера често погоднија за раст водених биљака. Дубока језера као што су језеро Тахое и језеро Супериор имају веома дуге периоде испирања, који се обично повезују са језерима са минималном еутрофикацијом јер до сада нису била преоптерећена, а такође и зато што њихове екстремне дубине не погодују екстензивном расту водених биљака. осим у епилимнију (горња зона). Језера у овој категорији се генерално класификују као олиготрофна, на основу тога што имају релативно мало хранљивих материја и подржавају минималан раст у води као што су алге.

Интересантно је упоредити времена испирања неких великих америчких језера како је известио Пецор (1973) користећи следећу основу за израчунавање:

време испирања језера (ЛФТ) = (запремина језера)/(оток језера)

Неки примери су: језеро Вабеса (Мичиген), ЛФТ=0.30 година; Хоугхтон Лаке (Мичиген), 1.4 године; Лаке Ерие, 2.6 година; Језеро Горње, 191 година; Језеро Тахое, 700 година.

Иако је однос између процеса еутрофикације и садржаја хранљивих материја сложен, фосфор се обично препознаје као ограничавајући нутријент. На основу потпуно помешаних услова, Сојер (1947) је известио да цветање алги обично настаје ако вредности азота прелазе 0.3 мг/л, а фосфора веће од 0.01 мг/л. У слојевитим језерима и резервоарима, ниски нивои раствореног кисеоника у хиполиминиону су рани знаци еутрофикације. Воленвеидер (1968, 1969) је развио критичне нивое оптерећења укупног фосфора и укупног азота за бројна језера на основу оптерећења нутријентима, средњих дубина и трофичких стања. За поређење рада на ову тему, Дилон (1974) је објавио критички преглед Воленвајдеровог модела буџета за нутријенте и других сродних модела. Новији компјутерски модели су такође доступни за симулацију циклуса азота/фосфора са температурним варијацијама.

Загађење воде у естуаријима

Ушће је средњи пролаз воде између ушћа реке и морске обале. Овај пролаз се састоји од отвора ушћа реке са уливом реке (слатке воде) из узводног и отицања на низводној страни у стално променљиви ниво репне воде морске воде (слана вода). Естуари су стално под утицајем флуктуација плиме и осеке и спадају међу најкомплекснија водна тела која се сусрећу у контроли загађења воде. Доминантне карактеристике естуарија су променљиви салинитет, слани клин или међупростор између слане и слатке воде, и често велике површине плитке, замућене воде које прекривају блатне површине и слане мочваре. Храњиве материје се у великој мери снабдевају ушћем из реке која се улива и комбинују се са стаништем морске воде да би се обезбедила плодна производња биоте и морског живота. Посебно су пожељни морски плодови убрани из естуарија.

Са становишта загађења воде, естуари су појединачно сложени и генерално захтевају посебна истраживања која користе опсежне теренске студије и компјутерско моделирање. За даље основно разумевање, читалац се позива на Реисх 1979, о загађењу мора и естуарина; и Реид и Воод 1976, о екологији унутрашњих вода и естуарија.

Загађење воде у морским срединама

Океани се могу посматрати као крајњи пријемник воде или понора, пошто се отпад који реке носе коначно испуштају у ово морско окружење. Иако су океани огромна тијела слане воде са наизглед неограниченим капацитетом асимилације, загађење има тенденцију да уништи обале и даље утиче на морски живот.

Извори загађивача мора укључују многе од оних који се сусрећу у окружењима отпадних вода на копну, плус више у вези са операцијама у мору. Ограничена листа је дата у наставку:

• кућна канализација и муљ, индустријски отпад, чврсти отпад, бродски отпад

• рибарски отпад, седименти и хранљиве материје из река и копненог отицаја

• изливање нафте, отпад од истраживања и производње нафте на мору, операције багера

• топлота, радиоактивни отпад, отпадне хемикалије, пестициди и хербициди.

 

Свако од горе наведених захтева посебно руковање и методе контроле. Испуштање домаће канализације и канализационог муља кроз океанске испусте је можда главни извор загађења мора.

За актуелну технологију на ову тему, читалац је упућен у књигу Бисхопа о загађењу мора и његовој контроли (1983).

Технике за смањење загађења у испуштању отпадних вода

Пречишћавање отпадних вода великих размера обично спроводе општине, санитарне области, индустрије, комерцијална предузећа и разне комисије за контролу загађења. Сврха овде је да опишемо савремене методе пречишћавања комуналних отпадних вода, а затим да пружимо неке увиде у вези са третманом индустријског отпада и напреднијим методама.

Уопштено говорећи, сви процеси пречишћавања отпадних вода могу се груписати у физичке, хемијске или биолошке типове, а један или више њих се може користити за постизање жељеног ефлуентног производа. Ова класификација је најприкладнија за разумевање приступа пречишћавању отпадних вода и приказана је у табели 1.

Табела 1. Општа класификација операција и процеса пречишћавања отпадних вода

 

Савремене методе пречишћавања отпадних вода

Покривеност је ограничена и има за циљ да пружи концептуални преглед тренутних пракси третмана отпадних вода широм света, а не детаљне податке о дизајну. За ово друго, читалац се позива на Метцалф и Едди 1991.

Комуналне отпадне воде, заједно са неким мешањем индустријског/комерцијалног отпада, третирају се у системима који обично користе примарни, секундарни и терцијарни третман на следећи начин:

Систем примарног третмана: Пре-треат ® Примарно таложење ® Дезинфекција (хлорисање) ® Ефлуент

Систем секундарног третмана: Предтретман ® Примарно таложење ® Биолошка јединица ® Друго таложење ® Дезинфекција (хлорисање) ® Ефлуент за струјање

Терцијарни систем третмана: Предтретман ® Примарно таложење ® Биолошка јединица ® Друго таложење ® Терцијарна јединица ® Дезинфекција (хлорисање) ® Ефлуент за струјање

Слика 7 даље приказује шематски дијаграм конвенционалног система за третман отпадних вода. Следе прегледни описи горе наведених процеса.

Слика 7. Шематски дијаграм конвенционалног третмана отпадних вода

Примарни третман

Основни циљ примарног третмана комуналних отпадних вода, укључујући и кућну канализацију помешану са неким индустријским/комерцијалним отпадом, је уклањање суспендованих чврстих материја и бистрење отпадних вода, како би се учиниле погодним за биолошки третман. Након неког претходног третмана као што је просијавање, уклањање песка и уситњавање, главни процес примарне седиментације је таложење сирове отпадне воде у великим резервоарима за таложење у периоду до неколико сати. Овим процесом се уклања од 50 до 75% укупних суспендованих чврстих материја, које се извлаче као доњи муљ сакупљен за одвојени третман. Преливни ефлуент из процеса се затим усмерава на секундарни третман. У одређеним случајевима, хемикалије се могу користити за побољшање степена примарног третмана.

Секундарни третман

Део органског садржаја отпадне воде који је фино суспендован или растворен и није уклоњен у примарном процесу, третира се секундарним третманом. Општеприхваћени облици секундарног третмана у уобичајеној употреби обухватају филтере за цурење, биолошке контакторе као што су ротирајући дискови, активни муљ, језерце за стабилизацију отпада, системи газираних рибњака и методе примене земљишта, укључујући системе мочвара. Сви ови системи ће бити препознати као они који користе биолошке процесе у неком или другом облику. Најчешћи од ових процеса су укратко размотрени у наставку.

Биолошки контакторски системи. Филтери за цурење су један од најранијих облика ове методе за секундарни третман и још увек се широко користе уз неке побољшане методе примене. У овом третману, ефлуент из примарних резервоара се равномерно наноси на слој медија, као што је камен или синтетичка пластика. Уједначена дистрибуција се обично постиже цуривањем течности из перфорираних цеви које се ротирају преко слоја повремено или непрекидно у складу са жељеним процесом. У зависности од брзине органског и хидрауличког оптерећења, филтери за цурење могу да уклоне до 95% органског садржаја, што се обично анализира као биохемијска потреба за кисеоником (БПК). Постоје бројни други новији биолошки контактори у употреби који могу да обезбеде уклањање третмана у истом опсегу; неке од ових метода нуде посебне предности, посебно применљиве у одређеним ограничавајућим условима као што су простор, клима и тако даље. Треба напоменути да се следећи секундарни таложник сматра неопходним делом за завршетак процеса. Приликом секундарног таложења, неки такозвани хумусни муљ се извлачи као доњи ток, а преливи се испушта као секундарни ефлуент.

Муљ. У најчешћем облику овог биолошког процеса, примарно третирани ефлуент тече у резервоар јединице за активни муљ који садржи претходно постојећу биолошку суспензију која се зове активни муљ. Ова смеша се назива мешовите суспендоване чврсте супстанце (МЛСС) и има период контакта који се обично креће од неколико сати до 24 сата или више, у зависности од жељених резултата. Током овог периода смеша се јако аерира и меша да би се подстакла аеробна биолошка активност. Како се процес завршава, део смеше (МЛСС) се извлачи и враћа у инфлуент ради наставка процеса биолошке активације. Секундарно таложење се врши након јединице активног муља у сврху таложења суспензије активног муља и испуштања прочишћеног прелива као ефлуента. Процес је способан да уклони до око 95% БПК који утиче.

Терцијарни третман

Трећи ниво третмана се може обезбедити тамо где је потребан већи степен уклањања загађивача. Овај облик третмана обично може укључивати филтрирање песка, стабилизацијска језера, методе одлагања земљишта, мочваре и друге системе који додатно стабилизују секундарни ефлуент.

Дезинфекција отпадних вода

Дезинфекција је обично потребна да би се бактерије и патогени смањили на прихватљив ниво. Хлорисање, хлор диоксид, озон и ултраљубичасто светло су најчешће коришћени процеси.

Укупна ефикасност постројења за пречишћавање отпадних вода

Отпадне воде обухватају широк спектар састојака који се генерално класификују као суспендоване и растворене чврсте материје, неорганске и органске састојке.

Ефикасност система за третман се може мерити у смислу процента уклањања ових састојака. Уобичајени параметри мерења су:

• БОД: биохемијска потреба за кисеоником, мерена у мг/л

• ХПК: хемијска потрошња кисеоника, мерена у мг/л

• ТСС: укупне суспендоване материје, мерено у мг/л

• ТД: укупне растворене чврсте материје, мерено у мг/л

• форме азота: укључујући нитрате и амонијак, мерено у мг/л (нитрати су од посебног значаја као нутријент у еутрофикацији)

• фосфат: мерено у мг/л (такође од посебног значаја као нутријент у еутрофикацији)

• pH: степен киселости, мерено као број од 1 (најкиселији) до 14 (најалкалнији)

• број колиформних бактерија: мерено као највероватнији број на 100 мл (Ешерихија а фекалне колиформне бактерије су најчешћи индикатори).

 

Пречишћавање индустријских отпадних вода

Врсте индустријског отпада

Индустријски (недомаћи) отпад је бројан и веома варира у саставу; могу бити јако кисели или алкални и често захтевају детаљну лабораторијску анализу. Можда ће бити неопходан специјализовани третман како би се учинили безопасним пре отпуштања. Токсичност представља велику забринутост у одлагању индустријских отпадних вода.

Репрезентативни индустријски отпад обухвата: целулозу и папир, кланицу, пивару, кожару, прераду хране, творницу конзерви, хемикалије, нафту, текстил, шећер, веш, месо и живину, исхрану свиња, кафилерију и многе друге. Почетни корак у развоју дизајна третмана је истраживање индустријског отпада, које даје податке о варијацијама у протоку и карактеристикама отпада. Непожељне карактеристике отпада које је навео Екенфелдер (1989) могу се сажети на следећи начин:

• растворљиве органске материје које изазивају исцрпљивање раствореног кисеоника

• суспендоване материје

• органски трагови

• тешких метала, цијанида и токсичних органских материја

• боја и замућеност

• азота и фосфора

• ватросталне супстанце отпорне на биоразградњу

• уље и плутајући материјал

• испарљиве материје.

 

Америчка ЕПА је даље дефинисала листу токсичних органских и неорганских хемикалија са специфичним ограничењима у давању дозвола за испуштање. Листа укључује више од 100 једињења и предуга је да би се овде поново штампала, али се може затражити од ЕПА.

Методе лечења

Руковање индустријским отпадом је специјализованије од третмана кућног отпада; међутим, тамо где су подложни биолошкој редукцији, они се обично третирају коришћењем метода сличних онима које су претходно описане (приступи секундарног/терцијарног биолошког третмана) за општинске системе.

Језерце за стабилизацију отпада су уобичајени метод пречишћавања органских отпадних вода где је на располагању довољно земљишта. Проточна језера се генерално класификују према њиховој бактеријској активности као аеробна, факултативна или анаеробна. Гасирани рибњаци се снабдевају кисеоником путем дифузних или механичких система за аерацију.

На сликама 8 и 9 приказане су скице базена за стабилизацију отпада.

Слика 8. Двоћелијско стабилизацијско језеро: дијаграм попречног пресека

Слика 9. Типови газираних лагуна: шематски дијаграм

Спречавање загађења и минимизација отпада

Када се операције и процеси индустријског отпада у постројењу анализирају на њиховом извору, они се често могу контролисати како би се спречила значајна испуштања загађивача.

Технике рециркулације су важни приступи у програмима превенције загађења. Пример студије случаја је план рециклаже отпадних вода из кожаре који је објавио Преул (1981), који је укључивао обнављање/поновну употребу хрома заједно са комплетном рециркулацијом свих отпадних вода из кожаре без ефлуента у било који ток осим у хитним случајевима. Дијаграм тока за овај систем је приказан на слици 10.

Слика 10. Дијаграм тока система за рециклажу отпадних вода из кожаре

За новије иновације у овој технологији, читалац се може упутити на публикацију о спречавању загађења и минимизирању отпада од стране Федерације за водну средину (1995).

Напредне методе пречишћавања отпадних вода

Доступан је низ напредних метода за веће степене уклањања састојака загађења по потреби. Општи списак укључује:

филтрација (песак и мултимедија)

хемијске преципитације

адсорпција угљеника

електродијализа

дестилација

нитрификација

сакупљање алги

рекултивација отпадних вода

микро-напрезање

уклањање амонијака

обрнути осмоза

јонска размена

апликација за земљиште

денитрификација

мочварна подручја.

Најприкладнији процес за сваку ситуацију мора се одредити на основу квалитета и количине сирове отпадне воде, потреба за пријемном водом и, наравно, трошкова. За даље референце, видети Метцалф и Едди 1991, које укључује поглавље о напредном третману отпадних вода.

Студија случаја напредног третмана отпадних вода

Студија случаја Пројекта рекултивације отпадних вода региона Дан о којој се говори на другом месту у овом поглављу представља одличан пример иновативних метода за третман и рекултивацију отпадних вода.

Термално загађење

Термичко загађење је облик индустријског отпада, који се дефинише као штетна повећања или смањења нормалне температуре воде у пријемним водама узрокована одлагањем топлоте из објеката које је направио човек. Индустрије које производе највећу отпадну топлоту су фосилна горива (нафта, гас и угаљ) и нуклеарне електране, челичане, рафинерије нафте, хемијска постројења, творнице целулозе и папира, дестилерије и перионице. Посебно забрињава индустрија производње електричне енергије која снабдева енергијом многе земље (нпр. око 80% у САД).

Утицај отпадне топлоте на пријемне воде

Утицај на способност асимилације отпада

• Топлота повећава биолошку оксидацију.

• Топлота смањује садржај засићења воде кисеоником и смањује брзину природне реоксигенације.

• Нето ефекат топлоте је генерално штетан током топлих месеци у години.

• Зимски ефекат може бити користан у хладнијим климама, где су услови леда разбијени и аерација површине је обезбеђена за рибе и водени свет.

 

Утицај на водени живот

Многе врсте имају границе толеранције температуре и потребна им је заштита, посебно у деловима потока или водених површина погођеним топлотом. На пример, токови хладне воде обично имају највећу врсту спортске рибе као што су пастрмка и лосос, док топле воде углавном подржавају популацију грубих риба, са одређеним врстама као што су штука и бас у водама средње температуре.

Слика 11. Размена топлоте на границама попречног пресека пријемне воде

Термичка анализа у пријемним водама

Слика 11 илуструје различите облике природне размене топлоте на границама пријемне воде. Када се топлота испушта у пријемну воду као што је река, важно је анализирати капацитет реке за термичке додатке. Температурни профил реке може се израчунати решавањем топлотног биланса сличног оном који се користи за израчунавање криве пада раствореног кисеоника. Главни фактори топлотног биланса су илустровани на слици 12 за речни домет између тачака А и Б. Сваки фактор захтева индивидуални прорачун у зависности од одређених топлотних варијабли. Као и код биланса раствореног кисеоника, температурни биланс је једноставно збир температурних средстава и обавеза за дату секцију. Други софистициранији аналитички приступи доступни су у литератури о овој теми. Резултати из прорачуна топлотног биланса могу се користити за успостављање ограничења испуштања топлоте и евентуално одређених ограничења употребе за водно тијело.

Слика 12. Капацитет реке за термичке додатке

Контрола топлотног загађења

Главни приступи за контролу топлотног загађења су:

• побољшана ефикасност рада електране

• расхладни торњеви

• изоловани расхладни базени

• разматрање алтернативних метода производње електричне енергије као што је хидро-енергија.

 

Тамо где су физички услови повољни у одређеним границама животне средине, хидроелектричну енергију треба сматрати алтернативом производњи фосилних горива или нуклеарне енергије. У производњи хидроелектране нема одлагања топлоте и нема испуштања отпадних вода које загађују воду.

Контрола загађења подземних вода

Значај подземних вода

Пошто се светске залихе воде у великој мери црпе из водоносних слојева, најважније је да се ти извори снабдевања заштите. Процењује се да је више од 95% расположиве свеже воде на земљи под земљом; у Сједињеним Државама отприлике 50% воде за пиће долази из бунара, према Геолошком заводу САД из 1984. године. Будући да су загађење и кретање подземних вода суптилне и невидљиве природе, понекад се мање пажње посвећује анализи и контроли овог облика деградације воде него загађењу површинских вода, што је далеко очигледније.

Слика 13. Хидролошки циклус и извори контаминације подземних вода

Извори подземног загађења

На слици 13 приказан је хидролошки циклус са надређеним изворима контаминације подземних вода. Потпуна листа потенцијалних извора подземног загађења је опсежна; међутим, за илустрацију, најочигледнији извори укључују:

• испуштања индустријског отпада

• загађени токови у контакту са водоносним слојевима

• рударске операције

• одлагање чврстог и опасног отпада

• подземни резервоари за складиштење као што су нафта

• системи за наводњавање

• вештачко пуњење

• задирање морске воде

• просипа

• загађене баре са пропусним дном

• бунари за одлагање

• поља септичких јама и јаме за испирање

• неправилно бушење бунара

• пољопривредне операције

• соли за одлеђивање коловоза.

 

Специфични загађивачи у подземној контаминацији се даље категоришу као:

• непожељни хемијски састојци (типични, непотпуна листа) - органски и неоргански (нпр. хлорид, сулфат, гвожђе, манган, натријум, калијум)

• укупна тврдоћа и укупне растворене чврсте материје

• токсични састојци (типични, није потпуна листа) - нитрат, арсен, хром, олово, цијанид, бакар, феноли, растворена жива

• непожељне физичке карактеристике - укус, боја и мирис

• пестициди и хербициди – хлоровани угљоводоници и други

• радиоактивни материјали – различити облици радиоактивности

• биолошки - бактерије, вируси, паразити и тако даље

• кисели (низак пХ) или каустичан (висок пХ).

 

Од наведеног, нитрати су од посебног значаја у подземним и површинским водама. У залихама подземних вода, нитрати могу изазвати болест метхемоглобинемију (цијанозу одојчади). Они даље изазивају штетне ефекте еутрофикације у површинским водама и јављају се у широком спектру водних ресурса, као што је известио Преул (1991). Преул (1964, 1967, 1972) и Преул и Сцхроепфер (1968) су такође известили о подземном кретању азота и других загађивача.

Путовање загађења у подземном подручју

Кретање подземних вода је изузетно споро и суптилно у поређењу са кретањем површинских вода у хидролошком циклусу. За једноставно разумевање путовања обичне подземне воде под идеалним условима стабилног тока, Дарсијев закон је основни приступ за процену кретања подземне воде при ниским Рејнолдсовим бројевима (Р):

V = K(dh/dl)

где је:

V = брзина подземних вода у водоносном слоју, м/дан

К = коефицијент пропусности водоносног слоја

(dh/dl) = хидраулички градијент који представља покретачку силу кретања.

У загађивачима путују под земљом, обичне подземне воде (Х₂О) је генерално носећа течност и може се израчунати да се креће брзином у складу са параметрима из Дарсијевог закона. Међутим, брзина кретања или брзина загађивача, као што је органска или неорганска хемикалија, може бити различита због процеса адвекције и хидродинамичке дисперзије. Одређени јони се крећу спорије или брже од опште брзине протока подземне воде као резултат реакција унутар медија водоносника, тако да се могу категорисати као „реагујући“ или „нереагујући“. Реакције су генерално у следећим облицима:

• физичке реакције између загађивача и водоносног слоја и/или транспортне течности

• хемијске реакције између загађивача и водоносног слоја и/или транспортне течности

• биолошка дејства на загађивач.

 

Следеће су типичне за подземне загађиваче који реагују и не реагују:

• реагујући загађивачи - хром, амонијум јон, калцијум, натријум, гвожђе и тако даље; катјони уопште; биолошки састојци; радиоактивних састојака

• загађивачи који не реагују - хлорид, нитрат, сулфат и тако даље; одређени ањони; одређене хемикалије пестицида и хербицида.

 

У почетку би се могло чинити да су загађивачи који реагују најгори тип, али то можда није увек случај јер реакције задржавају или успоравају концентрацију загађивача који путују, док путовање загађивача који не реагује може бити углавном неспутано. Сада су доступни одређени „меки“ домаћи и пољопривредни производи који биолошки разграђују након одређеног временског периода и стога избегавају могућност контаминације подземних вода.

Санација водоносника

Спречавање подземног загађења је очигледно најбољи приступ; међутим, о неконтролисаном постојању загађених услова подземних вода обично се обзнањује након њиховог настанка, као што су притужбе корисника бунара у том подручју. Нажалост, до тренутка када је проблем препознат, може доћи до озбиљног оштећења и санирање је неопходно. Санација може захтевати опсежна хидрогеолошка теренска истраживања са лабораторијским анализама узорака воде како би се утврдио степен концентрација загађујућих материја и пљускова. Често се постојећи бунари могу користити за почетно узорковање, али у тешким случајевима могу бити потребна опсежна бушења и узорковање воде. Ови подаци се затим могу анализирати да би се установили тренутни услови и да би се направила предвиђања будућих услова. Анализа путовања контаминације подземних вода је специјализована област која често захтева употребу компјутерских модела да би се боље разумела динамика подземних вода и да би се направила предвиђања под различитим ограничењима. За ову сврху у литератури је доступан велики број дво- и тродимензионалних рачунарских модела. За детаљније аналитичке приступе, читалац се упућује на књигу Фриза и Чери (1987).

Спречавање загађења

Пожељни приступ за заштиту ресурса подземних вода је превенција загађења. Иако се стандарди воде за пиће генерално примењују на коришћење подземних вода, залихе сирове воде захтевају заштиту од контаминације. Државни субјекти као што су министарства здравља, агенције за природне ресурсе и агенције за заштиту животне средине су генерално одговорни за такве активности. Напори контроле загађења подземних вода су у великој мери усмерени на заштиту водоносних слојева и превенцију загађења.

Спречавање загађења захтева контролу коришћења земљишта у виду зонирања и одређених прописа. Закони се могу применити на спречавање специфичних функција као посебно применљиви на тачкасте изворе или радње које потенцијално могу изазвати загађење. Контрола зонирањем коришћења земљишта је средство заштите подземних вода које је најефикасније на општинском или окружном нивоу власти. Програми заштите водоносника и утока бунара, као што је објашњено у наставку, су водећи примери превенције загађења.

Програм заштите водоносног слоја захтева утврђивање граница водоносног слоја и подручја његовог пуњења. Водоносни слојеви могу бити неограниченог или затвореног типа, и стога их хидролог мора анализирати да би донео ову одлуку. Већина великих водоносних слојева је генерално добро позната у развијеним земљама, али друге области могу захтевати теренска истраживања и хидрогеолошке анализе. Кључни елемент програма заштите водоносног слоја од деградације квалитета воде је контрола коришћења земљишта над водоносним слојем и подручјима његовог прихрањивања.

Заштита ушћа бунара је дефинитивнији и ограниченији приступ који се примењује на подручје пуњења које доприноси одређеној бушотини. Америчка савезна влада амандманима усвојеним 1986. године на Закон о безбедној води за пиће (СДВА) (1984.) сада захтева да се за бунаре јавног снабдевања успоставе посебне области заштите ушћа. Заштитна област ушћа бунара (ВХПА) је дефинисана у СДВА као „површинска и подземна површина која окружује бунар или бунар, снабдевајући јавни систем водоснабдевања, кроз који је разумно вероватно да ће се загађивачи кретати према и доћи до таквог бунара или бунара поље.” Главни циљ програма ВХПА, као што је наведено од стране УС ЕПА (1987), је разграничење подручја заштите бунара на основу одабраних критеријума, рада бунара и хидрогеолошких разматрања.

 

Назад

Концепција и дизајн

Пројекат рекултивације комуналних отпадних вода региона Дан највећи је пројекат те врсте у свету. Састоји се од објеката за пречишћавање и допуњавање подземних вода комуналних отпадних вода из градског подручја Дан региона - конгломерата од осам градова са центром око Тел Авива, Израел, са укупном популацијом од око 1.5 милиона становника. Пројекат је креиран у сврху прикупљања, пречишћавања и одвођења комуналних отпадних вода. Регенерисани ефлуент, након релативно дугог периода задржавања у подземном водоносном слоју, пумпа се за неограничену пољопривредну употребу, наводњавајући сушни Негев (јужни део Израела). Генерална шема пројекта дата је на слици 1. Пројекат је основан шездесетих година прошлог века и континуирано расте. Тренутно, систем прикупља и третира око 1960 к 110⁶ m³ годишње. У року од неколико година, у завршној фази, систем ће радити са 150 до 170 к 10⁶ m³ годишње.

Слика 1. Постројење за мелиорацију отпадних вода региона Дан: изглед

Познато је да постројења за пречишћавање отпадних вода стварају мноштво еколошких и здравствених проблема на раду. Пројекат региона Дан је јединствен систем од националног значаја који комбинује националну корист заједно са значајном уштедом водних ресурса, високом ефикасношћу третмана и производњом јефтине воде, без стварања превеликих професионалних опасности.

Током пројектовања, инсталације и рутинског рада система, пажљиво се разматрају питања санитације воде и хигијене на раду. Предузете су све неопходне мере предострожности како би се осигурало да ће регенерисана отпадна вода бити практично једнако безбедна као и обична вода за пиће, у случају да је људи случајно попије или прогута. Слично томе, одговарајућа пажња је посвећена питању смањења на минимум сваке потенцијалне изложености несрећама или другим биолошким, хемијским или физичким опасностима које могу утицати било на раднике у самом постројењу за пречишћавање отпадних вода или на друге раднике ангажоване на одлагању и пољопривредној употреби. искоришћене воде.

У првој фази пројекта, отпадна вода је биолошки пречишћена системом факултативних оксидационих базена са рециркулацијом и додатним хемијским третманом кречно-магнезијумским процесом, након чега је уследило задржавање ефлуента високог пХ у „локарама за полирање“. Делимично пречишћени ефлуент се допуњава у регионални водоносни слој подземних вода помоћу сливних басена Сорек.

У другој фази, отпадне воде доведене у постројење за пречишћавање пролазе механичко-биолошки третман путем процеса активног муља са нитрификацијом-денитрификацијом. Секундарни ефлуент се пуни у подземне воде помоћу базена за ширење Иавнех 1 и Иавнех 2.

Комплетан систем се састоји од више различитих елемената који се међусобно допуњују:

• систем постројења за пречишћавање отпадних вода, који се састоји од постројења за активни муљ (биомеханичко постројење), које третира већину отпада, и система базена за оксидацију и полирање који се углавном користе за третман вишка канализационих токова

• систем допуњавања подземних вода за пречишћене отпадне воде, који се састоји од базена за ширење, на две различите локације (Јавнех и Сорек), које су повремено поплављене; апсорбовани ефлуент пролази кроз незасићену зону тла и кроз део водоносног слоја, и ствара посебну зону која је посвећена комплементарном третману ефлуента и сезонском складиштењу, што се назива САТ (третман тла-аквифера)

• мреже посматрачких бунара (53 бунара заједно) које окружују базене за пуњење и омогућавају праћење ефикасности процеса третмана

• мреже бунара за опоравак (укупно 74 активна бунара 1993. године) које окружују места за пуњење

• посебан и одвојен цевовод за регенерисану воду за неограничено наводњавање пољопривредних површина у Негеву; овај магистрални вод се зове "Трећа линија Негева", и допуњује систем водоснабдевања Негева, који укључује још две главне главне линије снабдевања слатком водом

• поставка за хлорисање отпадних вода, која се тренутно састоји од три места за хлорисање (још два ће бити додата у будућности)

• шест оперативних резервоара дуж транспортног система, који регулишу количине воде која се пумпа и троши дуж система

• систем за дистрибуцију отпадних вода, састављен од 13 главних зона притиска, дуж одводног магистрала, који снабдевају пречишћену воду потрошачима

• свеобухватан систем праћења који надгледа и контролише комплетан рад пројекта.

 

Опис система мелиорације

Општа шема рекултивационог система је приказана на слици 1, а дијаграм тока на слици 2. Систем се састоји од следећих сегмената: постројење за пречишћавање отпадних вода, поља за допуну воде, бунари за опоравак, систем за транспорт и дистрибуцију, постављање хлорисања и свеобухватно праћење система.

Слика 2. Дијаграм тока пројекта Дан региона

Постројење за пречишћавање отпадних вода

Постројење за пречишћавање отпадних вода градског подручја Дан региона прима кућни отпад из осам градова у региону, а такође обрађује део њиховог индустријског отпада. Постројење се налази унутар пешчаних дина Рисхон-Лезион и заснива се углавном на секундарном третману отпада методом активног муља. Неки од отпада, углавном током вршног испуштања, третирају се у другом, старијем систему оксидационих базена који заузимају површину од 300 хектара. Два система заједно могу да поднесу, тренутно, око 110 к 10⁶ m³ годишње.

Поља за пуњење

Отпадни ефлуенти постројења за пречишћавање се пумпају у три различите локације које се налазе унутар регионалних пешчаних дина, где се шире по песку и перколирају наниже у подземни водоносник за привремено складиштење и за додатни третман који зависи од времена. Два посипна базена се користе за допуњавање отпадних вода из постројења за механичко-биолошки третман. То су Иавнех 1 (60 ари, налази се 7 км јужно од фабрике) и Иавнех 2 (45 ари, 10 км јужно од фабрике); трећи базен се користи за допуну мешавине ефлуента оксидационих базена и одређене фракције из постројења за биомеханички третман који је потребан да би се квалитет ефлуента побољшао до потребног нивоа. Ово је локација Сорек, која има површину од око 60 хектара и налази се источно од бара.

Бушотине за опоравак

Око места за пуњење постоје мреже осматрачких бунара кроз које се поново пумпа допуњена вода. Нису све од 74 бунара у експлоатацији 1993. године биле активне током читавог пројекта. Године 1993. укупно је извучено око 95 милиона кубних метара воде из бунара система и испумпано у трећу линију Негев.

Системи за транспорт и дистрибуцију

Вода која се пумпа из различитих бунара сакупља се у транспортни и дистрибутивни систем Треће линије. Систем транспорта се састоји од три секције, укупне дужине од 87 км и пречника у распону од 48 до 70 инча. Дуж транспортног система изграђено је шест различитих оперативних резервоара који „плутају” на главној линији, како би се регулисао проток воде у систему. Оперативна запремина ових резервоара креће се од 10,000 м³ до 100,000 м³.

Вода која је текла у систему Треће линије снабдевала се купцима 1993. године кроз систем од 13 главних зона притиска. На ове зоне притиска прикључени су бројни потрошачи воде, углавном фарме.

Систем за хлорисање

Сврха хлорисања које се спроводи у Трећој линији је „прекидање људске везе“, што значи елиминисање сваке могућности постојања микроорганизама људског порекла у води Треће линије. У току мониторинга утврђено је да постоји значајан пораст фекалних микроорганизама током боравка обновљене воде у акумулацијама. Због тога је одлучено да се дода још тачака за хлорисање дуж линије, а до 1993. године три одвојена места за хлорисање су рутински радила. У блиској будућности систему треба да се додају још две тачке хлорисања. Заостали хлор се креће између 0.4 и 1.0 мг/л слободног хлора. Овај метод, при чему се ниске концентрације слободног хлора одржавају на различитим тачкама дуж система, а не једна велика доза на почетку линије, обезбеђује прекид људске везе, а истовремено омогућава рибама да живе у резервоарима . Поред тога, ова метода хлорисања ће дезинфиковати воду у низводним деловима система за транспорт и дистрибуцију, у случају да загађивачи уђу у систем на тачки низводно од почетне тачке хлорисања.

Систем за праћење

Рад рекултивационог система Треће линије Негев зависи од рутинског функционисања система за праћење који надгледа и контролише стручна и независна научна особа. Ово тело је Институт за истраживање и развој Тецхнион - Израелски институт за технологију, у Хаифи, Израел.

Успостављање независног система праћења је обавезан захтев израелског министарства здравља, локалне правне власти према израелској Уредби о јавном здрављу. Потреба за успостављањем оваквог надзора произилази из чињеница да:

1. Овај пројекат рекултивације отпадних вода је највећи у свету.
2. Садржи неке нерутинске елементе са којима се још није експериментисало.
3. Регенерисана вода се користи за неограничено наводњавање пољопривредних култура.

 

Главна улога система за праћење је стога да обезбеди хемијски и санитарни квалитет воде коју систем снабдева и да изда упозорења у вези са било каквом променом квалитета воде. Поред тога, поставка мониторинга спроводи праћење комплетног пројекта рекултивације региона Дан, такође истражујући одређене аспекте, као што су рутински рад постројења и хемијско-биолошки квалитет његове воде. Ово је неопходно како би се утврдила прилагодљивост воде Треће линије за неограничено наводњавање, не само са санитарног аспекта већ и са аспекта пољопривреде.

Прелиминарни план мониторинга је дизајнирао и припремио Мекоротх Ватер Цо., главни израелски снабдевач водом и оператер пројекта регије Дан. Посебно именовани управни одбор је периодично прегледао програм мониторинга и модификовао га у складу са акумулираним искуством стеченим кроз рутинску операцију. Програм мониторинга се бавио различитим тачкама узорковања дуж система Треће линије, различитим испитиваним параметрима и учесталошћу узорковања. Прелиминарни програм односио се на различите сегменте система, а то су бунари за опоравак, транспортна линија, резервоари, ограничен број прикључака потрошача, као и присуство бунара за питку воду у близини постројења. Списак параметара обухваћених планом мониторинга Треће линије дат је у табели 1.

Табела 1. Списак испитиваних параметара

 

Мониторинг бунара за опоравак

Програм узорковања из бунара за опоравак заснован је на двомесечном или тромесечном мерењу неколико „параметара индикатора“ (табела 2). Када концентрација хлорида у узоркованој бушотини премашује за више од 15% почетни ниво хлорида у бушотини, то се тумачи као „значајно“ повећање удела прикупљеног ефлуента у подземној води водоносног слоја и бунар се преноси у следећа категорија узорковања. Овде се одређују 23 „карактеристике-параметра“, једном у три месеца. У појединим бунарима једном годишње се врши комплетно испитивање воде, укључујући 54 различита параметра.

Табела 2. Различити параметри испитани на бушотинама

 

Мониторинг система транспорта

Систем транспорта, чија је дужина 87 км, надгледа се на седам централних тачака дуж линије отпадних вода. У овим тачкама се узоркује 16 различитих параметара једном месечно. То су: ПХФ, ДО, Т, ЕЦ, СС₁₀, СС₅₅, УВ, ТУРБ, НО₃ ⁺, ПТОТ, АЛКМ, ДОЦ, ТОТБ, ТЦОЛ, ФЦОЛ и ЕНТР. Параметри за које се не очекује да се мењају дуж система мере се само на две тачке узорковања – на почетку и на крају транспортне линије. То су: Цл, К, На, Ца, Мг, ХАРД, Б, ДС, СО₄ ^{-КСНУМКС}, НХ₄ ⁺, НЕ₂ ^- и МБАС. На та два места узорковања једном годишње се узоркују различити тешки метали (Зн, Ср, Сн, Се, Пб, Ни, Мо, Мн, Ли, Хг, Фе, Цу, Цр, Цо, Цд, Ба, Ас, Ал, Аг).

Мониторинг резервоара

Поставка мониторинга акумулација Треће линије заснива се углавном на испитивању ограниченог броја параметара који служе као индикатори биолошког развоја у акумулацијама и за прецизно утврђивање уласка спољних загађивача. Пет резервоара се узоркује, једном месечно, за: ПХФД, Т, ДО, Тотал СС, Волатиле СС, ДОЦ, ЦЛРЛ, РСЦЛ, ТЦОЛ, ФЦОЛ, СТРП и АЛГ. На ових пет резервоара се такође узоркује Си, једном у два месеца. Сви ови параметри се такође узоркују у другом резервоару, Зохар Б, учесталошћу од шест пута годишње.

резиме

Пројекат рекултивације региона Дан снабдева висококвалитетну обновљену воду за неограничено наводњавање израелског Негева.

Прва фаза овог пројекта је у дјелимичном погону од 1970. године, а у пуном погону од 1977. године. Од 1970. до 1993. године укупна количина сирове канализације од 373 милиона кубних метара (МЦМ) је одведена у факултативне оксидационе базене, а укупна количина воде од 243 МЦМ је испумпано из водоносног слоја у периоду 1974–1993 и испоручено на југ земље. Део воде је изгубљен, највише због испаравања и истицања из бара. Године 1993. ови губици су износили око 6.9% сирове отпадне воде која је доведена у постројење прве фазе (Канарек 1994).

Постројење за механичко-биолошки пречишћавање, друга фаза пројекта, ради од 1987. године. У периоду од 1987. до 1993. године у постројење за механичко-биолошки пречишћавање је одведено укупно 478 МЦМ сирове отпадне воде. Године 1993. око 103 МЦМ воде (95 МЦМ регенерисане воде плус 8 МЦМ воде за пиће) је транспортовано кроз систем и коришћено за неограничено наводњавање Негева.

Вода из бунара представља квалитет воде подземног водоносног слоја. Квалитет воде водоносног слоја се стално мења као резултат перколације ефлуента у њу. Квалитет воде у водоносном слоју приближава се квалитету ефлуента за оне параметре на које не утичу процеси третмана земљишта-аквифера (САТ), док параметри на које утиче пролазак кроз слојеве тла (нпр. замућеност, суспендоване чврсте материје, амонијак, растворени органски угљеник и тако даље) показују знатно ниже вредности. Занимљив је садржај хлорида у води водоносног слоја, који се у последњем четворогодишњем периоду повећао за 15 до 26%, о чему сведочи промена квалитета воде у бунарима за опоравак. Ова промена указује на континуирану замену воде водоносног слоја ефлуентом који има знатно већи садржај хлорида.

На квалитет воде у шест резервоара система Треће линије утичу биолошке и хемијске промене које се дешавају унутар отворених акумулација. Садржај кисеоника је повећан, као резултат фотосинтезе алги и услед растварања атмосферског кисеоника. Концентрације различитих врста бактерија су такође повећане као резултат насумичних загађења различитим воденим фаунама које живе у близини резервоара.

Квалитет воде која се испоручује потрошачима дуж система зависи од квалитета воде из бунара и резервоара. Обавезно хлорисање воде система представља додатну заштиту од погрешне употребе воде као воде за пиће. Поређење података о води Треће линије са захтевима израелског Министарства здравља у погледу квалитета отпадних вода које се користе за неограничено коришћење у пољопривреди показује да већину времена квалитет воде у потпуности задовољава захтеве.

У закључку би се могло рећи да је систем за опоравак и коришћење отпадних вода треће линије био успешан еколошки и национални израелски пројекат. Решио је проблем санитарног одлагања канализације региона Дан и истовремено повећао национални водни биланс за фактор од око 5%. У сушној земљи као што је Израел, где је снабдевање водом, посебно за пољопривредну употребу, прилично ограничено, ово је прави допринос.

Трошкови допуњавања и одржавања обновљене воде, 1993. године, износили су око 3 америчка цента по м.³ (0.093 НИС/м³).

Систем функционише од касних 1960-их под стриктним надзором израелског Министарства здравља и Мекоротовог одељења за безбедност и хигијену на раду. Није било извештаја о било каквом професионалном обољењу које је резултат рада овог замршеног и свеобухватног система.

 

Назад