sudbina organskih polutanata u tretmanu vode za piće · tretmanu vode za piće dr aleksandra tubi...
TRANSCRIPT
UniverzitetuNovomSaduPrirodno‐matematičkifakultet
h b h š ž dDepartmanzahemiju,biohemijuizaštituživotnesredineUdruženjezaunapređenjezaštiteživotnesredine„NoviSad“Fondacija"DocentdrMilenaDalmacija"
Sudbina organskih polutanata u tretmanu vode za piće
dr Aleksandra Tubić, docentDepartman za hemiju, biohemiju i zaštitu životne sredine
Prirodno-matematički fakultet Univerzitet u Novom Sadu
NoviSad21‐23.septembar,2016.
Sadržaj
Relevantni organski polutanti (eng. contaminants of emerging concern)
Tehnologije uklanjanja organskih polutanata na postojenjima za tretman vode za piće• Koagulacija• Adsorpcija• Jonska izmena• Membranska filtracija• Unapređeni procesi oksidacije• DezinfekcijaNusproizvodi degradacije organskih polutanata u tretmanu vode za pićep g j g p p
Postojeće stanje u oblasti regulative, analitike i tehnologija uklanjanja
Prioriteti u novim istraživanjimaPrioriteti u novim istraživanjima
Ispuštanje otpadnih voda
O k t ij (HPK BPK)
TretmanTretman vodevode za za pićepiće
Organske materije (HPK, BPK)Patogeni
Nutrijenti (N,P)Organski polutanti
Tretman otpadnih voda
Resursi
Relevantni organski polutantiRelevantni organski polutanti
PAHPAHFarmaceutska
sredstvaFarmaceutska
sredstva
Hormonskiaktivne
supstance
Hormonskiaktivne
supstanceVeliki broj sintetičkih
Sredstva za ličnu higijenuSredstva za ličnu higijenu
Doping supstanceDoping
supstance
Veliki broj sintetičkih organskih jedinjenja
u svakodnevnoj upotrebi
VodotociVodotociPesticidiPesticidi
Polihlorovani dibenzo‐p‐
dioksini/furani
Polihlorovani dibenzo‐p‐
dioksini/furani
upotrebi.
Svaka od ovih supstanci ima
Polihlorovani bifenili
Polihlorovani bifenili
Perfluorna jedinjenjaPerfluorna jedinjenja
pspecifične efekte.
Sinergistički i PlastifikatoriPlastifikatori
NArkoticiNArkoticiAditiviAditivi
Usporivači gorenja
Usporivači gorenja
antagonistički efekti.
Joint Danube Survay 3 Report
Primer: Primer: Lista od 20 supstanci specifičnih za DunavLista od 20 supstanci specifičnih za Dunav
2,4‐dinitrofenol Indeno (1,2,3Indeno (1,2,3‐‐c,d)pirenc,d)piren
PFOSPFOS Linuron Kriterijum:Hloroksuron Amoksicilin
Desetilterbutilazin Metazahlor
2‐hidroksi atrazin 17beta17beta‐‐estradiolestradiol
• koncentracija prelazi EQSna bar jednom lokalitetu
• ako su detektovani na više2 hidroksi atrazin 17beta17beta estradiolestradiol
Bromacil BBenzo(a)pirenenzo(a)piren
Dimefuron DDiklofenakiklofenak
Bi f l A B tJoint Danube Survay 3 Report
• ako su detektovani na višeod 20 lokaliteta
Bisfenol A Bentazon
BBenzo(g,h,i)perilenenzo(g,h,i)perilen Fipronil
Diazinon FluorantenFluoranten
Identifikovano 110 jedinjenja od 315 testiranih
Polutanti od interesa (eng. emerging pollutants)detektovani u bunarima nakon obalske filtracije
Acesulfam
Jopamidol<0,1 µg/l
0,45µg/l
Benzotriazol<0,1 µg/l
Obalska filtracija
Amidotriazinska kiselina<0,1 µg/l
Karbamazepin<0,1 µg/l
DunavskaDunavskavoda
AdsorAdsorpcijapcijaAktivni ugaljAktivni ugalj
Unapređeni procesi Unapređeni procesi
Tehnike uklanjanja organskih pol tanata
p pp poksidacijeoksidacije
organskih polutanata u tretmanu vode za piće
Konvencionalni Konvencionalni tretman tretman Membranske Membranske tehnologijetehnologije
Jonska izmenaJonska izmenaJonska izmenaJonska izmena
Tehnike uklanjanja organskih Tehnike uklanjanja organskih polutanata u tretmanu vode za pićepolutanata u tretmanu vode za pićepolutanata u tretmanu vode za piće polutanata u tretmanu vode za piće
Koagulacijag j
Najčešće primenjivan na postrojenjima za tretman vode za piće
Nije efikasna za uklanjanje tragova organskih polutanata. Mogu se uklanjati polutanti koji imaju visoku Kow vrednostj j j ow
• Holesterol
Najčešće primenjivani koagulantiNajčešće primenjivani koagulanti
• Soli gvožđa• FeSO4; FeCl3...4; 3
• Soli aluminijuma• Al2(SO4)3; polialuminijum-hlorid...
Koagulacija
Faktori koji utiču na efikasnost koagulacije:
• pH vrednost vode• koncentracija organskih materija u vodi• karakteristike vodenog matriksa• osobine polutanta (Kow, funkcionalne grupe i dr.)
Koagulacija
Uticaj pH vrednosti
pH vrednost prirodnih vode = 6-8
pKa jedinjenja > pH vode
p p
Neutralna forma
K j di j j H d N l kt i fpKa jedinjenja < pH vode Naelektrisana forma
Jedinjenja sa višim pKa i log pKow će se bolje uklanjati u procesu koagulacije
Jedinjenja sa nižim pKa i pKow će se radije zadržavati u vodi
Optimlana pH vrednost:Optimlana pH vrednost:
• Al2(SO4)3: 5,5-7,7
• FeSO4: 5,0-8,5
KoagulacijaOrganske materije
• Uklanjanje tetraciklinskih antibiotika pri optimalnim uslovima koagulacije, sa PACl• Sintetički matriks – 40‐94%
č d
Organske materije prisutne u vodi mogu smanjiti efikasnost
koagulacije u uklanjanju polutanata usled • Rečna voda – 44‐67%polutanata usled
kompeticije
• molekulska strukturaKarakteristike molekulska struktura• funkcionalne grupe• naelektrisanje
polutanata koje mogu uticati na efikasnost
uklanjanja koagulacijom
Choi et al., 2008
DemeklociklinHlortetraciklin
Uklanjanje koagulacijom iz sintetičkog matriksa: 21-43%
Uklanjanje koagulacijom iz sintetičkog matriksa: 54-94%
Tehnike uklanjanja organskih Tehnike uklanjanja organskih polutanata u tretmanu vode za pićepolutanata u tretmanu vode za pićepolutanata u tretmanu vode za piće polutanata u tretmanu vode za piće
Adsorpcija na aktivnom ugljup j g j
Može se primeniti u različitim delovima postrojenja
Najčešće se koristi za uklanjanje supstanci koje daju neprijatan mirisNajčešće se koristi za uklanjanje supstanci koje daju neprijatan miris i ukus vodi
Dodatak AU u toku koagulacije može pospešiti uklanjanje tetraciklinskih antibiotika sa 75% na 100%
Knappe i sar 2012Knappe i sar., 2012
Adsorpcija na aktivnom uglju u prahup j g j p
Faktori koji utiču na efiksanost AU u uklanjanju organskih polutanataj j j g p
• Vrsta materijala od kojeg je AU proizveden – ugalj, drvo, kokos...• Veličina čestica
• Manja veličina čestica AU – bolja efikasnost• pH vrednost vodenog matriksa• Karakteristike organskog jedinjenja• Mesto primene AUP u tretmanu vode za piće
• pre koagulacije• nakon koagulacije• simultano – zajedno sa procesom koagulacije
Rigobello i sar., 2012
Adsorpcija na aktivnom uglju u prahup j g j p
Rigobello i sar 2012Rigobello i sar., 2012
Tehnike uklanjanja organskih Tehnike uklanjanja organskih polutanata u tretmanu vode za pićepolutanata u tretmanu vode za pićepolutanata u tretmanu vode za piće polutanata u tretmanu vode za piće
Jonska izmenaJonska izmena vs AUP
Površinska vodaCpest = 1 µg/lDoza smole = 8 ml/L smoleDoza PAC = 20 ml/lDoza PAC = 20 ml/lVreme kontakta = 30 min
Humbert i sar., 2008
Efikasnost tretmana zavisi od:
• Karakteristika vodenog matriksa (jonska jačine, pH vrednost, POM)
• Karakteristika polutanta (molekulska masa naelektrisanje polarnost)(molekulska masa, naelektrisanje, polarnost)
• Koncentracije polutanta• Karakteristika jonoizmenjivačke smole• Doze jonoizmenjivačke smole
Tehnike uklanjanja organskih Tehnike uklanjanja organskih polutanata u tretmanu vode za pićepolutanata u tretmanu vode za pićepolutanata u tretmanu vode za piće polutanata u tretmanu vode za piće
Membranske tehnologije g j
JedinjenjeKoncentracija nakon tretman (µg/l)
Površinskavoda Koagulacija UF GAC
TCEP 25 28 38 <10
DEET 2,0 2,2 2,7 <1,0
Oksibenzon <1,0 <1,0 ND <1,0
Kim i sar., 2012
<1,0 <1,0 ND <1,0
Androstendion <1,0 <1,0 1,2 <1,0
Iopromid 143 166 177 <1,0
lDilantin <1,0 <1,0 1,2 <1,0
Ibuprofen 15 18 23 <1,0
Karbamnazepin 4 8 5 3 7 5 <1 0Karbamnazepin 4,8 5,3 7,5 <1,0
Kafein 45 43 48 <10
Tehnike uklanjanja organskih Tehnike uklanjanja organskih polutanata u tretmanu vode za pićepolutanata u tretmanu vode za piće
Uslovi tretmana:
polutanata u tretmanu vode za piće polutanata u tretmanu vode za piće
Unapređeni procesi oksidacije
X. Yang i sar., 2016
pH = 7t = 3 min[Cl2] = 3 mg/l2 g[H2O2] = 3 mg/l
Unapređeni procesi oksidacijeX. Yang i sar., 2016
Uslovi tretmana:
pH = 7t 1 5 mint = 1,5 min[Cl2] = 5 mg/l
Tehnike uklanjanja organskih Tehnike uklanjanja organskih polutanata u tretmanu vode za pićepolutanata u tretmanu vode za pićepolutanata u tretmanu vode za piće polutanata u tretmanu vode za piće
DezinfekcijajNajčešće se primenjuju dezinfekciona sredstva na bazi hlora
Druga dezinfekciona sredstva: ozon, UV i dr. Osnovni zahtevi:Osnovni zahtevi: dezinfekciono sredstvo mora biti netoksično, da deluje u kratkom vremenu, pri širokom opsegu temperatura i pH vrednosti, da obezbeđuje rezidualNeželjeni efekti – formiranje dezinfekcionih nusproizvoda koji su obezbeđuje rezidual j j p jštetni po zdravlje ljudi
Dezinfekcija - hlorj
Generalno veoma fik
Daje nusproizvode
k ij
Primer• hlorfenoli + hlor
efikasan za uklanjanje organskih polutanata
reakcijom sa funkcionalnim grupama sličnim POM • Hlorofom (THM)polutanata sličnim POM Hlorofom (THM)
Dezinfekcija - hloraminj
ZahtevaZahteva optimizaciju uslova dezinfekcije
Daje manju k liči
Potencijlno veća k ičdezinfekcije
• Cl2: NH3 (N)• pH >9
količinu nusproizvoda
toksičnost formiranih nusproizvoda
Dezinfekcija - UVj
Mora se primenjivati u kombinaciji Menja
k Formiranjekombinaciji sa drugim dez. sredstvom
strukturu jedinjenja
Formiranje nusproizvoda
sredstvom
Nusproizvodi pri uklanjanju organskih polutanata u tretmanu vode za pićepolutanata u tretmanu vode za piće
Nusproizvodi reakcije hlora sa organskim polutantima
Jedinjenje Predloženi nusproizvod Analitička tehnika
Uticaj na biohemijske aktivnosti
Referenca
LC UV MS B d iFluoksetin N‐hlorofluoksetin LC‐UV‐MSLC‐UV‐EC N/A Bedner i
MacCrehan, 2006
Joeksol Jodovani THM i jodovane kiseline
GC‐ECDGC‐NCl‐MS
Genotoksični, citotoksični Duirk i sar., 2011
Tetraciklini
Hlorovani i hidroksil nusproizvodi bez
značajnog raskidanja prstena
LC‐(+)‐ESI‐MS nepoznato Wang i sar., 2011
Nusproizvodi pri uklanjanju organskih polutanata u tretmanu vode za pićepolutanata u tretmanu vode za piće
Nusproizvodi reakcije hlora sa diklofenakom
Rigobello i sar 2012Rigobello i sar., 2012
Nusproizvodi pri uklanjanju organskih polutanata u tretmanu vode za pićepolutanata u tretmanu vode za piće
Voda opterećena sa POM
Voda bogata amonijakom
Postojeće stanje u oblasti Postojeće stanje u oblasti regulative, analitike i tehnologija regulative, analitike i tehnologija g , g jg , g j
uklanjanjauklanjanja
• Razvoj novih analitičkih tehnika omoguićio je:• idenitifikaciju sve većeg broja organskih polutanata u niskim
koncentracijama (ng/l, pg/l)• uspostavljanje monitoringa za određene polutante koji ranije nisu bili
praćenipraćeni• kratkoročnu procenu uticaja pojedinačnih polutanata i njihovih smeša na
životnu sredinu i zdravlje ljudi• Primena postojećih tehnika za
monitoring organskih polutanata i•Do sada postojeće tehnologije, iako monitoring organskih polutanata i procenu njihovog uticaja na životnu sredinu i zdravlje ljudi su još uvek skupe i veoma često nedostupne za
Do sada postojeće tehnologije, iako u nekim slučajevima veoma efikasne, nisu efikasne za uklanjanje svih vrsta organskih polutanata koje
ći di rutinsku primenu se mogu naći u vodi
• Postrojenja za tretman otpadnih voda nisu u obavezi da prate pojavu i koncentracije velikog broja organskih polutanata zbogpojavu i koncentracije velikog broja organskih polutanata zbog čega može doći do njihovog dospevanja u vodene ekosisteme i resurse vode za piće, kao i do bioakumulacije.
Pravilnik o higijenskoj ispravnosti vode za pićePravilnik o higijenskoj ispravnosti vode za piće
1,2‐dihloreten Hlorotoluron Bromdihlormetan Benzen
Trihloreten Izoproturon Hloroform Etilbenzen
Pravilnik o higijenskoj ispravnosti vode za pićePravilnik o higijenskoj ispravnosti vode za piće
Tetrahloreten Karbofuran Trihalometani Ksilen
Vinil hlorid Lindan Dibromoacetonitril Stiren
Di(2‐etilheksil) ftalat MCPA Dihloroacetonitril ToluenDISTRIBUTERI VODE ZA PIĆE SU DUŽNI DA PRATE SAMO
ODREĐENE ORGANSKE POLUTANTEDi(2 etilheksil) ftalat MCPA Dihloroacetonitril Toluen
Epihlorhidrin Metolahlor 2,4,6‐trihlorfenol Benzo(a) piren
EDTA Molinat Hlorit 1,2‐dihloretan
ODREĐENE ORGANSKE POLUTANTE
Heksahlorbutadien Pendimetalin Simazin Dihlormetan
Nitriltrisirćetna kiselina Pentahlorfenol Trifluralin Ugljentetrahlorid
Alahlor Aldrin i dieldrin Dihlorprop 1,2‐ dihlorbenzen
Atrazin DDT 2,4‐D 1,4‐ dihlorbenzen
PrioritetiPrioriteti u novim istraživanjimau novim istraživanjima
• Razvoj novih instrumentalnih tehnologija koje će omogućiti:• veću osetljivost
j d t lj j i k i li• pojednostavljenje pripreme uzoraka i analize• ekonomski isplativije analize
•Istraživanja u oblasti unapređenja tehnologija za uklanjanje organskih polutanta s a a ja u ob as u ap eđe ja e o og ja a u a ja je o ga s po u a au tretmanima voda, a posebno vode za piće, sa ciljem povećanja efikasnosti tretmana, smanjenja troškova i uticaja na životnu sredinu.
•Primer:Nanomaterijali su se pokazali kao veoma efikasni za uklanjanje velikog•Nanomaterijali su se pokazali kao veoma efikasni za uklanjanje velikog broja polutanata od interesa, zbog velike kontaktne površine.
•Neophodno ih je naneti na GAU ili AUP, kako bi se sprečilo njihovo dospevanje u vodu za pićep j p
•Razvoj novih protokola za procena rizika od prisustva niskih koncentracija organskih polutanata u vodi, kako bi svi koji u tome učestvuju imali isti cilj i jasno postavljenje granice.
PrioritetiPrioriteti u novim istraživanjimau novim istraživanjima
• Praćenje dugoročnih efekata organskih polutanata na zdravlje ljudi, na osnovukojih će biti moguće proceniti da li je i do kog nivoa potrebno ukloniti određenik t i t t t d ićkontaminant u tretmenu vode za piće
• Uspostavljanje sveobuhvatne baze podataka o polutantima od ineteresa naodređenom geografskom području
• uzimajući u obzir sve relevantne uticaje na kvalitet vode na izvorištu, kojiu ajuć u ob s e e e a e u caje a a e ode a o š u, ojmože uticati na sadržaj polutanata koji eventualno dospevaju do tretmanavode za piće
• Praćenje, procena uticaja i tertman proizvoda degradacije polutanata odinteresainteresa
• njihove koncentracije su čak i niže od koncentracija samih polutanata• uticaj na zdravlje ljudi i životinja može biti potpuno drugačiji u odnosu na
organske polutante iz kojih su nastali, zbog promene struktureg p j g p• tehnike uklanjanja proizvoda degradacije mogu se značajno razlikovati od
tehnika koje su efikasne za uklanjanje organskih polutanata, zbog različitepolarnosti i rastvorljivosti
ZaključakZaključak
• Iako su organski polutanti od inetersa u vodama prisutni u tragovima, njihovštetan efekat na vodene organizme, životinje i zdravlje ljudi ne sme biti
d j b i jih k t t i št jpodcenjen, s obzirom na njihovo konstantno ispuštanje• Procena i uklanjanje organskih polutanata i proizvoda degradacije u prirodnim
vodama i vodi za piće predstavlja značajan izazov zbog kompleksnostikontaminacije vodenih matriksao a ac je ode a sa
• Do sada je postuignut značajan napredak na polju razvoja analitičkih tehnikaza praćenje niskih koncnetracija polutanata u vodi, kao i tehnika za njihovouklanjanjePrioriteti za nova istraživanja obuhvataju razvoj metoda za određivanje i• Prioriteti za nova istraživanja obuhvataju razvoj metoda za određivanje itehnika za uklanjanje oksidacionih/degradacionih produkata i metabolitaorganskih polutanata
HVALA NA PAHVALA NA PAŽNJI!ŽNJI!HVALA NA PAHVALA NA PAŽNJI!ŽNJI!