WPŁYW WŁAŚCIWOŚCI ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH NA EFEKTYWNOŚĆ PROCESÓW UZDATNIANIA WODY - PODSTAWY TEORETYCZNE

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.

Pełny tekst (pdf)

[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 characterise 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.