Podzemne vode su najznačajniji i široko rasprostranjen resurs za vodosnabdevanje. Mnogi od nas ih arhetipski vezuju za lepotu i snagu planinskog izvora. Narod kaže „voda da bi bila za piće mora da prođe sedam kamenova“. Zapadna Evropa za piće pretežno koristi podzemnu vodu ili vodu dobijenu primenom metode veštačke infiltracije. Možemo reći da otprilike tri četvrtine Evrope pije podzemnu vodu, u šta se približno i mi uklapamo. Veliki pritisak ljudskog društva na prirodu vezan je i za podzemne vode. Suočeni smo sa problemima vezanim za očuvanje, zaštitu i ispravno korišćenje resursa podzemnih voda. U svetu se veoma vodi računa o ovim resursima. Poslednjih desetak godina EU je objavila nekoliko različitih direktiva vezanih za ovu oblast.
Autor je u okviru svog posla, kao šef odseka za zaštitu podzemnih voda, a kasnije i direktor Zavoda za podzemne vode Instituta „Jaroslav Černi“, imao u praksi veliki broj veoma interesantnih slučajeva povezanih sa prečišćavajućim efektima filtracije podzemne vode. Smatrajući da je korisno da to uradi autor je, makar i sa velikim zakašnjenjem, sabrao značajan deo podataka koji se odnose na ove poslove, sintetizovao ih i uopštio kroz izradu disertacije odbranjene na Građevinskom fakultetu u Beogradu oktobra 2005. godine. Ova monografija predstavlja priređeni deo njegove doktorske disertacije uz određeni dodatak (poglavlje 9). Mislimo da bi mogla dobro poslužiti onima koji pretenduju da se bave disciplinama povezanim sa korišćenjem i zaštitom podzemnih voda. U okviru monografije pojedina poglavlja predstavljaju pomak u razumevanju ponašanja pojedinih materija rastvorenih u podzemnoj vodi. Na kraju, u okviru poglavlja 9 daju se, na originalan način, osnove za primenu samoprečišćavajućih mehanizama u intergranularnim izdanima. Iznose se teze za što kvalitetnije rešenje problema razvoja i zaštite resursa i izvorišta podzemnih voda u Republici Srbiji.
Autor se zahvaljuje svima onima koji su mu pomogli pri obrazovanju monografije. Na dragocenim sugestijama zahvaljujem se prof. dr Luki Knežiću, prof. dr Milenku Pušiću i prof. dr Marku Ivetiću. Za pripremu teksta veliku pomoć imao sam od kolega i koleginica iz Instituta za vodoprivredu „Jaroslav Černi“. Posebno naglašavam ulogu i veliki rad Mladena Jordanovskog, dipl. inž. geol. u pripremi i sredivanju teksta i slika, kao i gospodina Milana – Pece Nikolića u tehničkom i likovnom oblikovanju knjige. Veliki posao ne bi mogao biti urađen bez razumevanja i podrške moje porodice.
Dr Milan Dimkić
Sadržaj
Sadržaj
Sadržaj
Predgovor
1. Sažetak
2. Abstract
3. Uvod
4. Prikaz nekih osnovnih elemenata i razloga za korišćenje podzemnih voda
4.1 Osnovne performanse izvorišta i kriterijumi vrednovanja
4.1.1. Kapacitet resursa
4.1.2. Kapacitet izvorišta
4.1.3. Stabilnost kapaciteta
4.1.4. Kvalitet voda i njegova stabilnost
4.1.5. Podela prirodnih vodnih resursa
4.1.6. Sigurnost rada izvorišta
4.1.7. Ekonomski parametri izvorišta
4.2. Tipovi izvorišta
4.2.1. Izvorišta u pukotinskoj sredini
4.2.1. Izvorišta u karstnoj sredini
4.2.2. Izvorišta u aluvijalnim sredinama
4.2.3. Izvorišta u izdanima pod pritiskom
4.2.4. Izvorišta u primorskim izdanima
4.2.5. Izvorišta sa primenom veštačke infiltracije
4.2.6. Okvirni uporedni pregled osobina pojedinih tipova izvorišta
4.2. Neke napomene vezane za tretman podzemnih voda
4.3.1. Mesto i uloga postrojenja za preradu podzemnih voda u vodu za piće
4.3.2. Klasične metode prečišćavanja podzemnih voda
4.3.3. Filtracija vode
4.3.4. Dopunske metode prečišćavanja podzemnih voda
4.3.5. Predtretman površinskih voda u sistemu veštačke infiltracije
5. Prečišćavajući mehanizmi izdani podzemne vode
5.1. Definicija prečišćavajućeg potencijala izdani
5.2. Izdan, oformljena u nevezanim sedimentima, kao medijum za procese samoprečišćavanja
5.2.1. Mineralni sastav
5.2.2. Granulometrijski sastav
5.2.3. Poroznost i efektivna poroznost
5.2.4. Koeficijent filtracije
5.2.5. Heterogenost i anizotropija filtracionih karakteristika izdani
5.3. Hidrodinamička disperzija
5.3.1. Definicija difuzije
5.3.2. Definicija hidrodinamičke disperzije
5.4. Značaj sorbiranja na česticama tla za prečišćavajuće procese u izdani
5.4.1. Definicija i osnovne napomene
5.4.2. Adsorpcija
5.4.3. Adsorpcione izoterme
5.4.4. Jonska izmena
5.4.5. Sorpcija i biodegradacija
5.5. Biohemijski procesi
5.5.1. Uvod
5.5.2. Mikroorganizmi u zemljištu i podzemnim vodama
5.5.3. Fiziologija ćelije (metabolizam)
5.5.4. Enzimi
5.5.5. Biohemijska kinetika i kinetika mikrobiološkog rasta
5.5.6. Osnovni faktori koji utiču na mikrobiološku aktivnost
5.5.7. Neki značajniji biohemijski procesi u podzemnoj vodi koji uključuju neorganske materije
5.5.8. Biohemijski procesi na organskim supstancama
6. Doprinosi analizi disperzionih procesa u podzemnim vodama
6.1. Osvrt na uobičajen teorijiski pristup kvantifikaciji disperzivnosti
6.2. Osnovni hidrogeološki uslovi izvorišta Kraljeva “Zičko Polje”
6.3. Pojmovi ekvivalentne homogene izdani i koeficijenta ekvivalentne disperzivnosti
6.4. Izvršeni proračuni pronosa rastvorene materije
7. Eksperimentalni terenski ogledi za definisanje ponašanja fenola u podzemnoj vodi
7.1. Uvod
7.2. Ogledi razgradnje fenola u podzemnoj vodi izvršeni u izvorištu „Žičko Polje“ – Kraljevo
7.2.1. Terenski ogled transporta fenola T2
7.2.2. Terenski ogled transporta fenola T4
7.3. Terenski ogled T 5 – injektiranje fenola na izvorištu “Mediana” – Niš
7.3.1. Izvršena terenska ispitivanja za definisanje ponašanja fenolnih materija u vodi izdani izvorišta “Mediana”
7.3.2. Rezultati ogleda i reperkusije na koncept izvorišta
7.4. Komentar rezultata izvršenih ogleda definisanja ponašanja fenola u podzemnoj vodi
8. Značaj poznavanja prečišćavajućih mehanizama pri obrazovanju i zaštiti izvorišta podzemnih voda u intergranularnim sredinama kod nas
8.1. Generalne napomene – Problemi i mogućnosti
8.2. Hidrogeološke jedinice Srbije
8.3. Nekoliko značajnih poslova na razvoju i zaštiti resursa podzemnih voda intergranulamog tipa
8.3.1. Banat i Bačka
8.3.2. Problemi izvorišta podzemnih voda Beograda
8.3.3. Neka lokalna izvorišta
8.4. Korišćenje prečišćavajućeg potencijala izdani u okviru koncipiranja izvorišta
8.5. Paketni (akcidentni) impuls promene kvaliteta vode u izvorištu
8.5.1. Promena maksimalne izlazne koncentracije kod paketnog unosa trasera za homogenu izdan za jednodimenzionalno strujanje – analitičko rešenje
8.5.2. Značaj koeficijenta disperzivnosti za određivanje tehničko-tehnološke linije izvorišta
8.6. Kontinualni unos rastvorene materije u podzemnu vodu
8.7. Sadejstvo prečišćavajućih procesa pri filtraciji podzemne vode u izdani – primena pri koncipiranju izvorišta
8.8. Mesto prečišćavanja filtracijom kroz izdansku sredinu pri koncipiranju izvorišta.
8.8.1. Neka opšta pitanja kod korišćenja i zaštite resursa i izvorišta podzemnih voda
8.8.2. Šematski prikaz mesta prečišćavanja filtracijom u tehnološkom procesu pripreme vode za piće
8.9. Osnovne teze u vezi sa ulogom samoprečišćavanja pri postavci koncepta izvorišta
8.9.1. Glavni blokovi pitanja vezanih za koncept izvorišta
8.9.2. Osnovne metodološke teze za koncept tehnološke linije izvorišta i njegove zaštite
8.9.3. Određene napomene u vezi sa istražnim radovima
8.10. Poželjni principi pri obrazovanju izvorišta u intergranularnim izdanima
8.11. Predstojeće generalne aktivnosti i projekti u oblasti podzemnih voda u Srbiji i značaj samoprečišćavajućih procesa
8.11.1. Značaj samoprečišćavajućih procesa u intergranularnim izdanima
8.11.2. Neke generalne aktivnosti u oblasti podzemnih voda
9. Sinteza rezultata istraživanja
9.1. Opšte napomene
9.1.1. Upravljanje režimom voda
9.1.2. Zašto koristimo podzemnu vodu?
9.2. Prečišćavajući potencijal izdani
9.2.1. Procesi u izdani
9.2.2. Sorpcija
9.2.3. Biohemijski procesi
9.2.4. Značaj sadejstva prečišćavajućih procesa
9.3. Diskusija procesa disperzije
9.4. Rezultati eksperimentalnih terenskih ogleda ponašanja fenola
9.5. Metodološki pristup koncipiranju izvorišta i zona zaštite uzimajući u obzir prečišćavajuće procese u izdani
9.5.1. Osnovni blokovi pitanja vezani za definisanje izvorišta
9.5.2. Osnovne metodološke teze za koncept tehnološke linije izvorišta i njegove zaštite
9.6. Poželjni principi pri obrazovanju izvorišta u intergranulamim izdanima
9.7. Predstojeće generalne aktivnosti i projekti u oblasti podzemnih voda u Srbiji i značaj samoprečišćavajućih procesa
10. Zaključak
11. Literatura
12. Indeks pojmova
13. Summary
Sažetak
Filtracijom podzemne vode kroz porozni medijum izdani dolazi do mnogobrojnih fizičkih, hemijskih i biohemijskih procesa. Ovi procesi dovode do promene kvaliteta podzemne vode, najčešće u smeru njenog poboljšanja. Filtracijom vode kroz izdan postižu se i prirodnim putem efekti značajnog fizičkobiohemijskog reaktora. Ovi procesi su od neobičnog značaja za očuvanje, zaštitu i korišćenje izuzetno važnog resursa podzemnih voda. Efekti procesa filtracije podzemne vode su na određeni način davno poznati. Međutim, možemo reći da je naučni pristup ovoj problematici još uvek u razvoju. Pretenzija ovog rada je da predstavi originalan pristup ovoj problematici, baziran na iskustvu autora, slučajevima iz prakse i usmerenom istraživanju.
U monografiji se detaljno daju osnove za razmatranje procesa transformacije kvaliteta vode u izdani. Razmatrane su najvažnije osobine hidrogeološkog intergranularnog medijuma koji utiču na promenu kvaliteta vode. Prikazani su i analizirani procesi kontinualnog, kao i „paketnog“ izazivanja promene kvaliteta vode izdani. Analizirani su procesi sorbiranja, biodegradacije i disperzije, kao i njihovo zajedničko dejstvo.
Prikazani su slučajevi iz autorove prakse.
Biodegradacija mineralnih ulja, fenola kao i smanjenje potrošnje kiseonika usled prečišćavanja vode dato je na primeru izvorišta vodovoda Užičke Požege. Definisanje selektivnog smanjenja kretanja teških metala u podzemnoj vodi dato je za arsen, cink i olovo, na primeru izvorišta Žičko Polje – Kraljevo. Kvanitifikacija smanjene mobilnosti jona ovih metala u odnosu na podzemnu vodu dato je na osnovu izvršenih statičkih i dinamičkih ogleda sorpcije.
Na specifičan način analiziran je proces disperzije u izdani. Uvode se nove definicije ekvivalentne homogene izdani i ekvivalentnog koeficijenta homogene izdani, kao i ekvivalentnog koeficijenta disperzivnosti. Posebna pažnja posvećena je uticaju uslojenosti akvifera na transport materije podzemnom vodom, kao i na načine proračuna. Data su originalna objašnjenja za utvrđenu pojavu potrebe za povećanjem koeficijenta disperzivnosti sredine, sa dužinom filtracije, pri etaloniranju matematičkih modela transporta materije podzemnom vodom. Razlaganje fenola u podzemnoj vodi razmatra se i definiše na osnovu pet originalnih, kompleksnih ogleda na terenu koje je autor izvršio u svojoj praksi. Neki od njih proistekli su iz praćenja efekata preduzetih zahvata, a neki su rezultat usmerenih, originalno koncipiranih ogleda. Rezultati su sintetizovani i uopšteni.
U završnom poglavlju (poglavlje 9) date su, na originalan način, osnove metodološkog pristupa koncipiranju izvorišta, kao i odgovarajućih zona zaštite. Takođe je ukazano na mesto iznete metodologije u okviru rešavanja ispravnog korišćenja, nadgradnje i zaštite resursa podzemnih voda u Republici Srbiji.
Uvod
Upravljanje vodama odavno je preraslo u veoma kompleksan splet međuzavisnih aktivnosti koje utiču na kvalitet voda, njihov režim, njihovo korišćenje i zaštitu od njih. Ono obuhvata mnoge domene ljudskog delovanja i predstavlja jedan ogroman sistem čije ispravno funkcionisanje umnogome određuje stanje, pa i uslovljava opstanak ljudske zajednice. Podzemne vode su nekada na mnogim prostorima praktično bile neograničen resurs vodosnabdevanja, pogodan zbog dostupnosti i postojano dobrog kvaliteta.
Povećanje eksploatacije voda, širenje čovekovih nastambi i industrije, kao i pojave degradacije kvaliteta voda, dovode do sve oštrijih ograničenja prilikom upravljanja vodama, uključujući i korišćenje podzemnih voda. Karakteristika ove druge faze je intenzivno i sve koncentrisanije korišćenje podzemnih voda, sa izraženom interakcijom sa životnom sredinom i ljudskim društvom. Logika korišćenja podzemnih voda se unekoliko menja u odnosu na prvu fazu, pa su najznačajniji razlozi za korišćenje podzemnih voda sledeći:
– prirodna stabilizacija i poboljšanje kvaliteta voda boravkom i filtracijom kroz porozni materijal izdani;
– korišćenje prednosti akumulisanja voda u podzemlju (korišćenje podzemnih akumulacija – rezervoara);
– prednosti vezane za zaštitu voda i dr.
Treća je tzv. faza održivog razvoja. Zahteva se takvo upravljanje vodama koje će očuvati njihov dobar status i neće koristiti resurse na uštrb budućnosti. Za ovu fazu je karakteristična nužnost intenzivnog upravljanja resursima podzemnih voda. Ovo upravljanje obuhvata istraživanje, definisanje resursa, njegovu zaštitu, projektovanje eksploatacije, samu eksploataciju, praćenje stanja resursa i efekata eksploatacije, kao i njegove zaštite. Pitanje zaštite okoline i zaštite i korišćenja resursa često se posmatra idealistički. Kada razmišljamo o ovim pitanjima pored toga šta moramo, treba misliti i o tome šta možemo i kojim tempom. Premale i neadekvatne aktivnosti zaštite dovode do devastacije resursa. Medutim i preambiciozni, strogi zahtevi mogu dovesti do istog rezultata – jer se zahtevano neće poštovati. Pri svemu ovome treba znati da i Evropa kroz okvirnu direktivu o vodi, nitratnu direktivu, direktivu o podzemnim vodama i dr. postavlja uslove upravljanja ovim resursom koji se moraju ispuniti. Za to je, pored ostalog, potrebno adekvatno poznavanje prirodnih procesa. Filtracijom kroz podzemlje postiže se dugotrajno izlaganje vode procesima u poroznoj sredini. Procesi konvektivne disperzije, procesi oksido-redukcije sorpcije, istaložavanja, isparavanja, razlaganja organske materije, rastvaranja i drugi procesi, ponekad dovode do veoma značajnih promena u kvalitetu podzemnih voda, najčešće u smeru njegovog poboljšanja. Mnoštvo je različitih mogućnosti, uslova i procesa koji mogu postojati u izdani podzemnih voda. Ove procese često nije lako razlikovati zbog njihove varijabilnosti i ekstezivnosti. Neki od njih ne moraju dovoditi do poboljšanja kvaliteta vode. Ipak, od davnina je dobro poznata prečišćavajuća uloga filtracije podzemnih voda.
Možemo reći da izdan predstavlja ekvivalent određenom fizičko-bio-hemijskom reaktoru. Prilikom planiranja izvorišta podzemnih voda, kao i zaštite resursa, potrebno je pri razmatranju kvaliteta i procesa pripreme vode uzeti u obzir i na adekvatan način uključiti ono što je priroda već obezbedila.