TERCIÁRNÍ ČIŠTĚNÍ ODPADNÍCH VOD

Transkript

1 TERCIÁRNÍ ČIŠTĚNÍ ODPADNÍCH VOD

2 Obsah přednášky Aktuální výzvy v oblasti stokování a čištění odpadních vod Co je to terciární čištění? Proč potřebujeme terciární čištění zdroj vody pro další využití Terciární čištění jako zdroj recyklované vody Zkušenosti z provozu MBR ČOV 870 EO Terciární čištění zaměřené na splnění limitů vypouštěné OV

3 Aktuální výzvy v oblasti stokování a čištění odpadních vod

4 Kam dál v oblasti stokování a čištění Odkanalizování malých lokalit Zvyšování kvality odtoku ČOV Srážkové vody Recyklace vod

5 Odkanalizování malých lokalit U malých osad je neekonomické odvádět na centrální ČOV Možno řešit lokálními ČOV Možné i jen ohlášení Značně nejednotné požadavky vodoprávních úřadů především u zásaků Zásaky a zavlažování problém i u recyklace Zásadní je kontrola domovních ČOV v současnosti nedostatečná Zásak nelze Zásak ano, ale s hygienizací Na ohlášení nelze Zásak ano, ale nelze zálivka

6 Zvyšování kvality odtoku Nutrienty Dusík Fosfor Dezinfekce Léčiva, metabolity, Odstranění eutrofizace kosmetika, hormony Prosazuje se u koupacích vod USA, Německo, Rakousko.. Odpadní Zejména voda chemické je zdrojem Běžná UV dezinfekce vody srážení povrchové Odstraňování farmak, produktů osobní péče apod. U Odstranění Posun chemických limitu metod náročnou často riziko za cenu kombinací vedlejších třetích stupňů produktů procesů ČOV

7 Srážkvé vody na pozemku Dle prováděcí vyhlášky stavebního zákona č. 501/2006 Sb. musí na stavebním pozemku být vyřešeno pro srážkové vody přednostně jejich vsakování zadržování a regulované odvádění oddílnou kanalizací regulované vypouštění do jednotné kanalizace Dnes také recyklace

8 Dešťové oddělovače Dosud nejsou dostatečně evidovány Význam znečištění roste (s úbytkem znečištění z ČOV) Vliv na toky: Hydraulický stres Vnos znečištění (amoniak) Estetické závady papíry apod. Hygienické závady Řešením není jen všeobecné zpoplatnění Je nutný systematický přístup s hospodařením s dešťovými vodami v celém povodí Nutno zahrnout také vliv na tok Nutná kombinace měření a výpočtů, u větších sídel modelování

9 Vyčištěná vs. odpadní voda Vyčištěná voda Je čirá, bez zápachu Chemicky kvalita jako povrchová Obsahuje zemědělsky hodnotné prvky Je jí dostatek i za sucha Odpadní voda I sebelépe vyčištěná voda je dle zákona vodou odpadní Infekční rizika Je k dispozici pouze v okolí ČOV Voda ještě odpadní Voda již povrchová

10 Možnosti využití vyčištěné vody Legislativně neřešeno Dle vodního zákona se řeší jen nakládání s vodami Vypouštění do vod povrchových Vypouštění do vod podzemních V průmyslu funguje na ekonomické bázi Využití ve městech mytí, kropení apod. hygienická regulace New Water Singapore Průmysl Závlaha, Izrael Mytí vozidel, ulic apod.

11 Co je to terciární čištění?

12 Klasické pojetí Pojem terciární čištění V tradiční čistírenské terminologii, která se u nás ustálila po druhé světové válce, byl pojem terciární čištění vyhrazen všem procesům, které následovaly jako třetí v pořadí po čištění primárním (mechanické čištění) a po čištění sekundárním (biologické procesy jako aktivace, biofiltrace, apod.). V tomto slova smyslu se mezi procesy terciárního čištění řadí takové procesy, které vedou k dočištění odpadních vod, především k (do)odstranění fosforu, nerozpuštěných látek a k hygienizaci vody (odstranění patogenů).

13 Pojem terciární čištění Pojetí dle směrnice 91/271/EHS Pod pojmem terciární čištění se rozumí rozšíření sekundárního čištění, které odstraňuje pouze organické znečištění, o odstraňování sloučenin dusíku a fosforu. Přitom rozšíření o procesy odstraňování sloučenin dusíku a fosforu je vyžadováno jen v tzv. citlivých oblastech.

14 Pojem terciární čištění Praktický výklad pro účely této přednášky Terciární čištění znamená dočišťování odpadních vod nad rámec kvality požadované tabulkami 1 a 2 přílohy I Směrnice rady 91/271/EHS.

15 Terciární čištění v technologické lince ČOV Terciární čištění slouží k dočištění odpadních vod, především k (do)odstranění fosforu, nerozpuštěných látek a k hygienizaci vody (odstranění patogenů).

16 Proč potřebujeme terciární čištění zdroj vody pro další využití

17 Global Trends 2030: Alternative Worlds a publication of the National Intelligence Council

18 ČR v oblasti s možnými periodami sucha

19 Význam a aktuálnost tématu Suchý podzim 2014 (srážkově podnormální září, říjen a hlavně listopad) Zima bez významné sněhové pokrývky Pokračující deficit v jarních měsících se s nástupem léta začal výrazně prohlubovat Ve vrcholném létě se deficit řadil ke 4 nejhorším v historii meteorologických pozorování Srážkový deficit dosud přetrvává

20 MATERIÁL SCHVÁLENÝ USNESENÍM VLÁDY ČR Z 29. ČERVENCE 2015 Příprava realizace opatření pro zmírnění negativních dopadů sucha a nedostatku vody Monitorovací a informativní opatření Legislativní opatření Organizační a provozní opatření Ekonomická opatření Technická opatření Environmentální opatření Jiná opatření

21 MATERIÁL SCHVÁLENÝ USNESENÍM Úkol B/I VLÁDY ČR Z 29. ČERVENCE 2015 hospodaření se srážkovými vodami (např. využití srážkových vod pro dotaci podzemních vod) včetně využití ekonomických nástrojů pro jejich zasakování a akumulaci; hospodaření s podzemními vodami (např. využití institutu nadlimitního zvýšení odběrů vody v období platnosti nejvyššího stupně sucha za účelem zajištění základní potřeby obyvatel tam, kde to hydrogeologické podmínky umožňují); hospodaření s vyčištěnými odpadními vodami s možností jejich druhotného využití při řešení problematiky sucha; převodů vody mezi povodími v období sucha aj., zpracovat a schválit koncepci hospodaření se srážkovými vodami v urbanizovaných územích.

22 MATERIÁL SCHVÁLENÝ USNESENÍM Úkol E/7 VLÁDY ČR Z 29. ČERVENCE 2015 Předložit návrhy projektů umožňující modernizace čistírenské infrastruktury ve vybraných, suchem postihovaných povodích, z důvodu zvýšených požadavků na jakost vypouštěné odpadní vody v období sucha (např. prostřednictvím dalšího stupně čištění pod stávajícími ČOV nebo terciárního stupně čištění).

23 Terciární čištění zaměřené na splnění limitů vypouštěné OV

24 Extenzívní technologie terciárního dočištění Biologické dočišťovací nádrže efekt naředění mohou být provzdušňovány

25 Biologické dočišťovací rybníky Mělké (desítky cm) zbytkové usaditelné nerozpuštěné látky Zbytkové koncentrace rozložitelných org. Látek na dně anaerobní rozklad ve vyšších vrstvách aerobně přeměněny konečné produkty CO 2, H 2 O Vysoká koncentrace nutrientů trofizace nádrže Aerované rybníky Hluboké (2-6 m) Funkce aktivace a dočišťovacího rybníku Mechanická nebo pneumatická aerace

26 Biologické dočišťovací nádrže Možná rizika sekundárního znečištění přemnožení řas a sinic, uvolňování znečištění z dnových sedimentů často dvoustupňové biologické nádrže 1. stupeň 2. stupeň

27 Intenzivní metody terciárního dočištění snížení obsahu znečišťujících látek (koagulace, filtrace, sorpce) - odstranění biologicky nerozložitelných polutantů - odstranění látek toxických, karcinogenních, mutagenních

28 Metody terciárního čištění Snížení obsahu znečišťujících látek Pískové filtry, mikrosíta Nenahrazují funkci dosazovací nádrže

29 Cezení odstranění zbytkových NL na bubnových mikrosítech nejběžnější způsob terciárního dočištění odtoku z ČOV

30 Terciární filtrace v podzemí

31 Terciární filtrace s denitrifikací Biostyr je biofiltr použivajici vzestupny tok odpadni vody. Filtračnim mediem jsou polystyrenove kuličky voda je čerpana do spodni časti filtru, vyčištěna voda opoušti filtr horni časti, kde je umistěn strop s tryskami (cca 50 trysek na m2). Vzhledem k tomu, že filtračni medium je lehči než voda, strop s tryskami umožňuje zadrženi materialu ve filtračnim loži. Prani filtru je realizovano vyčištěnou vodou, zadrženou v nadrži nad filtrem, v kombinaci s provzdušňovanim. Cyklus prani probiha při běžnem provozu jednou za hodin.

32 ČOV Hradec Králové PDN filtr

33 Koagulace a filtrace Odstranění nerozpuštěných látek a koloidů Srážení fosforu

34 Lamelové usazovací nádrže Technologie Actiflo kombinuje přednosti zátěžové flokulace a výhody lamelových usazovacích nádrží. Jako zatěžkávadlo lze využít různé minerální materiály jako mikropísek, mastek, jíl apod. - podporují tvorbu větších a těžších vloček, na které se dále nabalí buď menší nerozpuštěné látky nebo přímo mikrovločky aktivovaného kalu. Vytvoření větších aglomerátů umožňuje rychlejší separaci sedimentací. Vlastní reaktor Actiflo sestává ze 3 hlavních částí: zóna rychlého míchání, kde dochází ke koagulaci, zóna pomalého míchání, kde dochází ke flokulaci a nárůstu vloček, a zóna separační, vybavená lamelovým modulem. Do zóny rychlého míchání, kam vtéká odpadní voda, je přidáván mikropísek, který tvoří vnitřní kostru budoucích vloček a dále koagulant (většinou FeCl3). - odstranění fosforu

35 Schéma Actiflo

36 Schéma Densadeg

37 Terciární čištění jako zdroj recyklované vody

38 Požadavky na recyklovanou vodu Vliv na zdraví lidí (koncový uživatel, obsluha distribuce, náhodný kontakt, nebezpečí kontaminace pitné vody) Vliv na zdraví jiných organismů a na životní prostředí (zvířata, rostliny, kvalita půdy) Vliv na majetek (technologická zařízení, produkty: inkrustace, koroze, barva, kontaminace atp.) + Dostupnost technologií, legislativy a osvěty

39 Přehled některých terciárních technologií Filtrace hrubá (objemová nebo ve vrstvě) Filtrace membránová Sedimentace/flotace Srážení Dezinfekce Sorpce Chemická oxidace Proces je šitý na míru znečištění a následnému způsobu využití recyklované vody

40 Možnosti využití recyklované vody V ČR jako zdroj vody pro tzv. nepitné účely Technická voda (oplachy, chlazení, závlahy) Zemědělství (zavlažování) Rekreace (vodní plochy, umělý sníh) Ochrana a restaurace prostředí (dotování vody do prostředí, hydraulická bariéra)

41 Využití recyklovaných vod pro pitné účely Pro přímé účely nejsou v dohlední době důvody Pod pojmem použití pro pitné účely nutno rozumět dotaci zdrojů, zejména podzemních vod U povrchových vod se tak děje nechtěně již dávno Hlavní problémy: Hygienické zabezpečení dnes řešitelné Specifické organické látky aktivně působící na lidský organismus

42 Hygienické zabezpečení produktu Metody terciárního čištění samotné nezaručí dostatečnou kvalitu produktu z hlediska jeho bezpečnosti Pro širší rozsah aplikací je třeba zajistit kvalitu suroviny z hlediska hygienického zabezpečení

43 Hygienické zabezpečení Chlorace Desinfekce, hygienizace, nízká cena Riziko vzniku organických halogenderivátů Ozonizace Silné oxidační činidlo, likvidace buněk a virů Investičně i provozně velmi nákladné Nejrozšířenější UV záření

44 Chlorace výhodou je dostupnost a relativně nízká cena efektivita chlorace je ovlivněna přítomností vyšších koncentrací nerozpuštěných látek, organických látek a amonných iontů nejen desinfekce a hygienizace vody ale i minimalizace tvorby slizových povlaků v potrubí zbytkové koncentrace chloru ve vodě mohou způsobovat i problémy při určitých aplikacích

45 Ozonizace Silné oxidační činidlo, likvidace buněk a virů

46 Ozonizace ozon je velmi silné oxidační činidlo efektivita při likvidaci buněk virů a bakterií je vyšší než u chloru ekonomika provozu: generátor ozonu = nákladné zařízení účinnost desinfekce ozonem závisí na době kontaktu, koncentraci ozonu a citlivosti cílové skupiny mikroorganismů

47 UV záření fyzikální metoda desinfekce účinnost je ovlivněna intenzitou záření a dobou expozice UV záření je ve vodním prostředí schopno proniknou pouze do malé hloubky výhodou technologie je absence vedlejších produktů procesu nevýhodou je náročnost na technické vybavení, vysoká pořizovací cena, náklady na energii a údržbu zařízení

48 Dezinfekce UV-zářením: technologické výhody a nevýhody Hlavními výhodami aplikace UV záření jsou: Fyzikální proces a tedy nedochází k vnosu chemikálií Není ovlivněn pach a chuť vody Nemění se původní složení vody Nevznikají žádné vedlejší produkty Velmi krátká reakční doba Mikrobicidní účinek není ovlivněn ph ani teplotou vody Nevýhody použití dezinfekce UV záření: Není možné přímé měření dávky UV záření během procesu Působení je pouze v místě aplikace, tedy není zaručen účinek např. dále v toku může být i výhodou

49 Účinnost UV-dezinfekce hodnocena na základě mikrobiologických ukazatelů: Escherichia coli Koliformní bakterie Kolonie bakterií při 22 C Intestinální enterokoky Hodnocena účinnost dezinfekce UV zářením porovnáním vzorků před a za UV reaktorem

50 UV zářením Hygienické zabezpečení

51 UV zářením Hygienické zabezpečení

52 Minimalizace zdravotních rizik vhodnou kombinací mechanických a biologických procesů a vysokým stupněm hygienizace Vhodné jsou membránové filtrační technologie

53 Membránové filtrační technologie vhodně kombinují odstraňování zbytkových koncentrací polutantů a určitou úroveň hygienizace odtoku efektivní opatření k dosažení vysoké kvality odtoku při čištění odpadních vod díky technickému rozvoji již cenově dostupnější a tedy i více využívané z chemického i mikrobiologického hlediska vysoce kvalitní odtok = cenná surovina

54 Mikrofiltrace průměr pórů mikrofiltrační membrány se pohybuje v intervalu 0,1 1.0 μm. Touto technologií lze odstranit většinu částic o velikosti baktérií. Ultrafiltrace velikost pórů se u těchto membrán pohybuje mezi 0,01 0,1 μm. Na membráně se zachytí kromě baktérií i viry a větší molekuly.

55 Membránová separace (místo dosazovacích nádrží a terciární filtrace)

56 MEMBRANOVÝ BIOREAKTOR V ČR

57 Reversní osmóza touto technologií je možné odstranit dokonce i volné ionty a získat tak téměř demineralizovanou vodu. Principem technologie je filtrace v kombinaci s elektrochemickou interakcí mezi molekulami polutantů a membránou. Nanofiltrace typ membrány je podobný jako u reversní osmózy, pracuje však při nižším pracovním tlaku a rovněž úroveň zachycení např. rozpuštěných solí je nižší.

58 Zkušenosti z provozu MBR ČOV 870 EO

59 ČOV Třebovle - přehled Investor a provozovatel: obec Třebovle Odborný dohled nad provozem: 1. SčV, a.s. Dodavatel technologie: ENVI-PUR, s.r.o. Zahájení ZP: říjen 2014 Kolaudace: listopad 2016 Kapacita ČOV: 870 EO Q 24 = 80 m 3 /d BSK = 60 kg/d Hodnocené období 11/2015 1/2016

60 ČOV Třebovle - popis ČOV na tlakové kanalizaci obce s podílem předčištěných průmyslových OV. Automatické šroubové česle, průlina 2 mm. Jednolinková aktivace s přerušovanou aerací a řízením dle kyslíkové sondy. Aktivační směs k filtraci je čerpána recirkulačními čerpadly. Filtrace probíhá ve dvou propojených membránových komorách. Permeát je akumulován k zpětným proplachům.

61 ČOV Třebovle - filtrace 2x ultrafiltrační membránový modul EPUF200 Celková plocha membrán 400 m 2 Velikost pórů cca 0,04 µm Membrány jsou v každém filtračním cyklu zpětně proplachovány permeátem 3x za měsíc probíhá oxidační proplach chlornanem sodným 1x za měsíc probíhá kyselý proplach kys. citronovou Proces řízen automaticky, v ŘS evidován transmembránový tlak, permeabilita, atd.

62

63 Přítok Průměrný průtok 30,6 m 3 /d Průměrné koncentrace BSK 5 = 710 mg/l CHSK Cr = 1540 mg/l NL = 381 mg/l N-NH 4 = 91 mg/l N celk = 161 mg/l P celk = 26 mg/l Zatížení Q ~ 40% BSK 5 ; CHSK Cr ~ 40% N celk ~ 90%

64 odtok parametr BSK 5 CHSK Cr NL N-NH 4 Průměr (mg/l) 4,7 50 5,1 2,7 (0,1) Limit p (mg/l) Limit m (mg/l)

65

66 Provozní zkušenosti Limitace nitrifikace po regeneraci membrán Pravděpodobně způsobeno přečerpáním regeneračních chemikálií do aktivace Nemožnost filtrace přes membránu: Při poruše tlakové sondy Při výpadku ŘS ČOV provozována provizorně na principu SBR v ručním režimu. Vysoká náročnost na obsluhu. Možné udržet jen krátkodobě a při nízkém hydraulickém zatížení. V běžném provozu filtrace bez problému i při sušině 13 g/l

67 Regenerace membrán chemický zpětný proplach Pravidelné zpětné proplachy s přídavkem chemikálií Proplach chlornanem nárůst permeability cca o 25%

68 Regenerace membrán chemická lázeň Chemická regenerace membrán byla provedena in situ po uzavření propojení membránových komor cca po roce provozu.

69 Regenerace membrán chemická lázeň Před: Po:

70 Regenerace membrán náročnost a náklady 140 l chlornanu sodného (na obě komory) 16 hodin v roztoku o koncentraci 2,9 g/l volného chloru 64 kg kyseliny citronové (na obě komory) 6 hodin v roztoku o koncentraci 2 4 g/l Včetně přípravy probíhala regenerace jedné membrány cca 2 dny. Náklady na chemikálie při chemické lázni cca Kč. Na chemické zpětné proplachy je spotřeba cca 15 l chlornanu a 5 kg kys. citronové za půl roku

71 Energetická náročnost Spotřeba elektrické energie vztažená na m 3 OV odpovídala 2,85 kwh/m 3. Spotřeba elektrické energie na srovnatelných ČOV v provozu 1. SčV v průměru dosahuje 1,4 kwh/m 3. Spotřeba elektrické energie vztažená na kg odstraněné BSK 5 odpovídala 4,3 kwh/kg BSK 5. Spotřeba elektrické energie na srovnatelných ČOV v provozu 1. SčV v průměru dosahuje 4,1 kwh/kg BSK 5. Po vztažení na kg odstraněné BSK5 je MBR ČOV v dané lokalitě srovnatelná s konvenční ČOV

72 Závěr ČOV plní limity vodoprávního rozhodnutí. Ve standardním provozu funguje membránová separace bez problémů. Po přepočtu na kg odstraněné BSK 5 je energetická náročnost téměř srovnatelná s konvenční ČOV. Regenerace membrán může ovlivnit nitrifikaci. Vyšší nároky na strojní vybavení a z toho plynoucí nižší robustnost technologie, při poruše nemožnost separace aktivovaného kalu. Nutná manipulace s chemikáliemi

73 Terciární čištění a osud látek typu PPCP a hormonů Jednou ze skupin specifických organických polutantů, které nacházíme ve vyčištěných odpadních vodách, jsou farmaka a prostředky osobní spotřeby označované anglickou zkratkou PPCP (Pharmaceuticals and Personal Care Products). Do této skupiny patří látky obsažené např. v lécích, v kosmetických a čisticích prostředcích. tyto látky v nějaké formě ať už jako původní látka, metabolit, konjugát apod. odváděny společně s odpadními vodami přes čistírny odpadních vod do vod povrchových. Současně neustálý rozvoj medicíny a farmaceutického průmyslu navíc bude přinášet další, dosud neznámé látky. K látkám, které jsou v odtocích z čistíren odpadních vod obzvláště biologicky aktivní, patří i hormony. Výskyt hormonů (endokrinních disruptorů) v odpadních vodách je svázán s masivním používáním hormonální antikoncepce.

74 Základní otázka současného vodního hospodářství Látky typu PPCP a hormony se mají odstraňovat: 1) při výrobě pitných vod z vod povrchových v úpravnách vody nebo 2) před emisí těchto látek do vodního prostředí na čistírnách odpadních vod Obecně se dnes dává přednost řešení ad 2).

75 Principy odstranění organických reziduí Částečné rozštěpení molekul ozonizace, UV/H2O2 Následná sorpce na aktivním uhlí PAU práškové, přidáváno do aktivovaného kalu GAU granulované, sorpční filtry Další možností jsou AOPs finančně značně nákladné

76 Příklad technicky úspěšného řešení Mezi nejčastější operace terciárního čištění zaměřené na odstraňování látek typu PPCP a hormonů dnes patří zejména: - - mikrofiltrace a ultrafiltrace nanofiltrace a reverzní osmóza - ozonizace či ozonizace v kombinaci s peroxidem vodíku - UV záření a v kombinaci s peroxidem vodíku - aktivovaný kal s aktivním uhlím (PAC powdered activated carbon) či jejich vzájemné kombinace.

77

78 Dvě paralelní linky, dvě dosazovací nádrže, oddělený aktivovaný kal

79 Ozonizační stupeň

80 Ozonizátor Dávka ozónu 2 7 mg/l

81 Práškové aktivní uhlí Průměrná cena čištění na pokusné lince 9 14 euro-ct./m3 Testovaný rozsah PAC mg/l

82 Děkuji za pozornost