Wpływ właściwości związków organicznych na efektywność procesów uzdatniania wody - podstawy teoretyczne

• Autorzy: Pietrzyk A. , Papciak D.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rb.2017.234

Warianty tytułu

EN

Effect of organic compounds on the efficiency of water treatment processes – theoretical basics

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Naturalną materię organiczną (NOM) można określić jako mieszaninę złożonych związków organicznych, które powszechnie występują w wodach powierzchniowych i podziemnych. Wysoka zawartość NOM w ujmowanych wodach przyczynia się m.in. do pogorszenia właściwości organoleptycznych wody, zmniejsza efektywność jednostkowych procesów uzdatniania, a także jest przyczyną powstawania ubocznych produktów utleniania i dezynfekcji (UPU/D), wykazujących właściwości kancerogenne i mutagenne. Skuteczna eliminacja NOM stanowi obecnie jeden z głównych problemów występujących na stacjach uzdatniania wody. W niniejszym artykule dokonano szczegółowej charakterystyki substancji organicznych, z uwzględnieniem rozdziału składników NOM na frakcje hydrofobowe (głównie wysokocząsteczkowe substancje humusowe) oraz frakcje hydrofilowe (związki niehumusowe). Rozdział substancji organicznych jest istotnym zagadnieniem, któremu obecnie poświęca się coraz więcej uwagi. Jedną z powszechnie stosowanych metod pozwalającą określić zawartość frakcji hydrofobowych i hydrofilowych jest metoda frakcjonowania z zastosowaniem żywic jonowymiennych. Rozdzielanie składników NOM stosuje się głównie w badaniach dotyczących określenia możliwości powstawania UPU/D, gdyż każda z wymienianych frakcji wykazuje odmienny stopień reaktywności ze środkami chemicznymi. W artykule oceniono wpływ właściwości związków organicznych na efektywność procesów technologicznych stosowanych w uzdatnianiu wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi. Stosowane technologie wykazują zróżnicowaną skuteczność w usuwaniu NOM, dlatego też przy wyborze odpowiedniej metody coraz większą uwagę powinno zwracać się m.in. na właściwości substancji organicznych zawartych w ujmowanych wodach.

EN

Natural organic matter (NOM) can be defined as a mixture of complex organic compounds that are commonly found in surface water and groundwater. The high content of NOM in captured water contributes to reduce the organoleptic properties of water, reduce the efficiency of individual treatment processes, and to cause the formation of oxidation and disinfection byproducts (O/DBPs) with carcinogenic and mutagenic properties. Efficient NOM elimination is one of the major problems of water treatment plants. In this article, a detailed description of organic substances has been made, taking into account the separation of NOM components into hydrophobic fractions (mainly high molecular weight humic substances) and hydrophilic fractions (non-humic compounds). The separation of organic substances is an important issue that is becoming more and more attention nowadays. One of the commonly used methods to determine the hydrophobic and hydrophilic fraction is the fractionation method using ion exchange resins. Separation of NOM components is mainly used in the determination of the potential O/DBPs formation, since each of the fractions listed exhibits a different degree of reactivity with chemical agents. In this article the influence of the properties of organic compounds on the efficiency of technological processes used in the treatment of water intended for human consumption has been evaluated. Applied technologies have differentiated efficacy in removal NOM. Therefore, when choosing the right method, attention should be paid to inter alia, on the properties of organic substances contained in the captured water.

Słowa kluczowe

PL

naturalna materia organiczna; frakcja hydrofilowa; frakcja hydrofobowa; uzdatnianie wody

EN

natural organic matter; hydrophilic fraction; hydrophobic fraction; water treatment

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture
• Rocznik: 2017
• Tom: z. 64, nr 4/II
• Strony: 107--120
• Opis fizyczny: Bibliogr. 39 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Pietrzyk A.

• Politechnika Rzeszowska, Zakład Oczyszczania i Ochrony Wód, Al. Powstańców Warszawy 6, 35-959 Rzeszów

autor

Papciak D.

• Politechnika Rzeszowska, Zakład Oczyszczania i Ochrony Wód, Al. Powstańców Warszawy 6, 35-959 Rzeszów

Bibliografia

• [1] Fabris R., Chow C.W.K., Drikas M., Eikebrokk B.: Comparison of NOM character in selected Australian and Norwegian drinking water, Water Research 43, 2008, pp. 4188-4196.
• [2] Matilainen A., Vespäläinen M., Sillanpää M.: Natural organic matter removal by coagulation during drinking water treatment: review, Advances in Colloid and Interface Science 159, 2010, pp. 189-197.
• [3] Bond T, Goslan E.H, Jefferson B., Roddick F., Fan L., Parsons S.A.: Chemical and biological oxidation of NOM surrogates and effect on HAA formation, Water Research 43, 2009, pp. 2615-2622.
• [4] Bazrafshan E., Biglari H., Mostafapour F.K.: Determination of Hydrophobic and Hydrophilic Fractions of Natural Organic Matter in Raw Water of Zahedan Water Treatment Plant, Journal of Health Scope 1 (1), 2012, pp. 25-28.
• [5] Cool G., Lebel A., Sadiq R., Rodriguez M.J.: Impact of catchment geophysical characteristics and climate on the regional variability of dissolved organic carbon (DOC) in surface water, Science of the Total Environment 490, 2014, pp. 947-956.
• [6] Pietrzyk A., Papciak D.: Materia organiczna w wodach naturalnych – formy występowania i metody oznaczania, Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury – Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture, JCEEA, t. XXXIII, z. 63 (2/I/16), s. 241-252, DOI: 10.7862/rb.2016.126.
• [7] Matilainen A., Gjessing E.T., Lahtinen T., Hed L., Bhatnagar A., Sillanpää A.: An overview of the methods used in the characterisation of natural organic matter (NOM) in relation to drinking water treatment, Chemosphere 83 (11), 2011, pp. 1431-1442.
• [8] Vieira R.F., Berenguel A.T., Silva M.A., Vilaca J.S., Domingues V.F., Figueiredo S.A.: Natural organic fractionation along the treatment of water for human consumption, Global NEST Journal 14 (4), 2012, pp. 399-406.
• [9] Chem C., Zhang X., He W., Lu W., Han H.: Comparison of seven kinds of drinking water treatment processes to enhance organic material removal: A pilot test, Acience of the Total Environment 382, 2007, pp. 93-102.
• [10] Urbanowska A., Kabsh-Korbutowicz M.: Characteristics of natural organic matter removed from water along with its treatment, Environment Protection Engineerig 42 (2), 2016, pp. 183-195.
• [11] Mołczan M., Biłyk A.: Usuwanie substancji organicznych z wody w procesie wymiany jonowej, koagulacji i adsorpcji, Węgiel aktywny w ochronie środowiska i przemyśle, 2006, s. 204-212.
• [12] Croft J.: Natural Organic Matter Characterization of Different Source and Treated Waters; Implications for Membrane Fouling Control, UWSpace, 2012.
• [13] Sharp, E., Jarvis, P., Parsons, S., Jefferson, B.: Impact of fractional character on the coagulation of NOM, Colloids and Surface A: Physicochemical and Engineering Aspects 286, 2006, pp. 104-111.
• [14] Zazouli M.A., Nasseri S., Mahvi A.H., Mesdaghinia R., Younecian M., Gholami M.: Determination of Hydrophobic and Hydrophilic Fractions of Natural Organic Matter in Raw Water of Jalalieh and Tehranspars Water Treatment Plants (Tehran), Journal of Applied Sciences 7 (18), 2007, pp. 2651-2655.
• [15] Yee L.F., Abdullah M.P., Abdullah A., Ishak B., Abidin K.N.Z.: Hydrophobicity characteristics of natural organic matter and the formation of THM, The Malaysian Journal of Analytical Aciences 13 (1), 2009, pp. 94-99.
• [16] Ibrahim N., Aziz H.A.: Trends on Natural Organic Matter in Drinking Water Sources and its Treatment, International Journal of Scientific Research in Environmental Sciences 2(3), 2014, pp. 94-106.
• [17] Bhatnagar A., Sillanpää M.: Removal of natural organic matter (NOM) and its constituents from water by adsorption – A review, Chemosphere 166, 2017, pp. 497-510.
• [18] Świetlik J., Dąbrowska A., Raczyk-Stanisławiak U., Nawrocki J.: Reactivity of natural organic matter fractions with chlorine dioxide and ozone. Water Research 38, 2004, pp. 547-558.
• [19] Kabsch-Korbutowicz M., Zaawansowane metody usuwania naturalnych substancji organicznych z wody, Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska PAN, 2012.
• [20] Chow C.W.K., Fabris R. and Drikas M.: A rapid fractionation technique to characterize natural organic matter for the optimisation of water treatment processes, Journal of Water Supply: Research and Technology – Aqua, 53(2), 2004, pp. 85-92.
• [21] Matilainen A., Vieno N., Tuhkanen T.: Efficiency of the activated carbon filtration in the natural organic matter removal, Environment International 32, 2006, pp. 324-331.
• [22] Krupińska I.: Wpływ temperatury i pH na skuteczność usuwania zanieczyszczeń z wody podziemnej w procesie koagulacji, Ochrona Środowiska 37, 2015, s. 35-42.
• [23] Papciak D., Kaleta J., Puszkarewicz A., Tchórzewska-Cieślak B.: The use of biofiltration proces to remove organic matter from groundwater. Journal of Ecological Engineering 17 (3), 2016, pp. 119-124.
• [24] http://www.awa.asn.au/documents/075%20JOMingo.pdf (dostęp: 01.05.2017 r.).
• [25] Velten S., Knappe D. R. U., Traber J., Kaiser H.P., Von Gunten U., Boller M., Meylan S.: Characterization of natural organic matter adsorption in granular activated carbon adsorbers, water research 45, 2011, pp. 3951-3959.
• [26] Xie Y., Zhou H.: Use of BAC for HAA removal - part 2, column study, Journal – American Water Works Association 94 (5), 2002, pp. 126-32.
• [27] Lauderdale, C., Chadik, P., Kirisits, M.J., Brown, J.: Engineered biofiltration: enhanced biofilter performance through nutrient and peroxide addition, Journal – American Water Works Association 104 (5), 2012, pp. 298-309.
• [28] McKie, M.J., Taylor-Edmonds, L., Andrews, S.A., Andrews, R.C.: Engineered biofiltration for the removal of disinfection by-product precursors and genotoxicity, Water Research 81, 2015, pp. 196-207.
• [29] Fu J., Lee W.N., Coleman C., Meyer M., Carter J., Nowack K., Huang C. H.: Pilot investigation of two-stage biofiltration for removal of natural organic matter in drinking water treatment, Chemosphere 166, 2017, pp. 311-322.
• [30] Murray, C., Parsons, S.: Removal of NOM from drinking water: Fenton’s and photo-Fenton’s processes. Chemosphere 54, 2004, pp. 1017-1023.
• [31] Sillanpää M., Matilainen A.: Chapter 6: NOM Removal by Advanced Oxidation Processes, Natural Organic Matter in Water, 2015, pp. 159-211.
• [32] Bodzek M., Przegląd możliwości wykorzystania technik membranowych w usuwaniu mikroorganizmów i zanieczyszczeń organicznych ze środowiska wodnego, Inżynieria i Ochrona Środowiska 16 (1), 2013, s. 5-37.
• [33] Kaewsuk J., Seo G. T.: Verification of NOM removal in MIEX-NF system for advanced water treatment, Separation and Purification Technology 80, 2011, pp. 11-19.
• [34] Yamamura H., Okimoto K., Kimura K., Watanabe Y.: Hydrophilic fraction of natural organic matter causing irreversible fouling of microfiltration and ultrafiltration membranes, Water Research 54, 2014, pp. 123-136.
• [35] Miao R., Wang L., Lv Y., Wang X., Feng L., Liu Z., Huang D., Yang Y.: Identifying polyvinylidene fluoride ultrafiltration membrane fouling behavior of different effluent organic matter fractions using colloidal probes, Water Research 55, 2014, pp. 313-332.
• [36] Rajca M.: Układ hybrydowy wymiana jonowa - ultrafiltracja w oczyszczaniu wód w reaktorze membranowym, Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury – Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture, JCEEA, t. XXX, z. 60 (3/13), 2013, s. 91-100, DOI:10.7862/rb.2013.40.
• [37] Mołczan M., Wolska M.: Skuteczność usuwania rozpuszczonych związków organicznych z wody o małej wartości absorbancji właściwej na żywicy anionowymiennej MIEX®Gold, Ochrona Środowiska 38 nr 2, 2016, s. 24-27.
• [38] Albrektiene R., Rimeika M., Voisniene V.: The characterisation of natural organic matter in ground water using rapid fractionation, WIT Transactions on Ecology and The Environment, vol 182, 2014.
• [39] Lu J., Zhang T., Ma J., Chen Z.: Evaluation of disinfection by-products formation during chlorination and chloramination of dissolved natural organic matter fractions isolated from a filtered river water, Journal of Hazardous Materials 162, 2009, pp. 140-145.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).