Univerzita Palackého v Olomouci

Transkript

1 Univerzita Palackého v Olomouci Přírodovědecká fakulta Katedra fyzikální chemie Vyhodnocení účinnosti technologického procesu na Čistírně odpadních vod Bakalářská práce Autor: Studijní obor: Forma studia: Vedoucí práce: Odborný konzultant: Adéla Gottwaldová B1407 Chemie pro víceoborové studium prezenční doc. RNDr. Taťjana Nevěčná CSc. RNDr. Marcela Česalová Olomouc

2 Prohlášení Prohlašuji, že bakalářskou práci jsem vypracovala samostatně pod vedením doc. RNDr. Taťjany Nevěčné CSc. a odborné konzultantky RNDr. Marcely Česalové. Veškeré literární zdroje a informace, které jsem v práci použila, jsou uvedeny v seznamu použité literatury. Bakalářská práce je z hlediska obsahu majetkem Katedry fyzikální chemie, Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého v Olomouci. V Olomouci dne:. Podpis: 2

3 Poděkování Děkuji odborné konzultantce RNDr. Marcele Česalové za její připomínky, cenné rady a spolupráci, která byla velmi příjemná. Chtěla bych také poděkovat zaměstnancům Čistírny odpadních vod Bučovice a Čistírny odpadních vod Vyškov za možnost pobytu a získání nezbytných informací pro svou bakalářskou práci. Dále děkuji doc. RNDr. Taťjaně Nevěčné CSC. za pomoc s formální úpravou práce. Především však děkuji svým rodičům za podporu po celou dobu svého studia. 3

4 Bibliografické údaje: Jméno a příjmení autora: Název práce: Adéla Gottwaldová Vyhodnocení účinnosti technologického procesu na Čistírně odpadních vod Typ práce: Pracoviště: Vedoucí práce: Odborný konzultant práce: Bakalářská Katedra fyzikální chemie doc. RNDr. Taťjana Nevěčná CSc. RNDr. Marcela Česalová Rok obhajoby práce: 2013 Abstrakt: Po dobu jednoho roku a to od ledna 2012 do prosince 2012 jsem sledovala kvalitu odpadních vod na přítoku a na odtoku Čistírny odpadních vod Bučovice. V odpadních vodách se stanovovaly ukazatelé jakosti odpadních vod typu chemická spotřeba kyslíku CHSK Cr, biochemická spotřeba kyslíku BSK 5, amoniakální dusík N-NH + 4, celkový fosfor P celk. a nerozpuštěné látky NL. Dále jsem sledovala množství odpadních vod přitékajících na Čistírnu odpadních vod Bučovice. Ze získaných údajů a hodnot jsem provedla vyhodnocení účinnosti technologického procesu na Čistírně odpadních vod Bučovice, která průměrně v případě CHSK Cr, BSK 5 a NL v žádném měsíci roku 2012 neklesla pod 90% a v případě N-NH + 4 a P celk. téměř pod 80%, což shledávám velice přínosným pro zdejší recipient řeku Litavu. Klíčová slova: Čistírna odpadních vod Bučovice, odpadní vody, Počet stran: 54 Počet příloh: 0 CHSK Cr, BSK 5, N-NH 4 +, P celk., NL Jazyk: česky 4

5 Bibliographical identification: Author s first name and surname: Title: Adéla Gottwaldová Assessment of Effectiveness of Technological Process at Wastewater Treatment Plant Type of thesis: Department: Supervisor: Consultant: Bachelor Department of Physical Chemistry doc. RNDr. Taťjana Nevěčná CSc. RNDr. Marcela Česalová The year of presentation: 2013 Abstract: During a period of one year, from January 2012 to December 2012, I was observed the quality of wastewater inflow and outflow of Wastewater treatment plant Bučovice. The indicators of quality of wastewater for example a chemical oxygen demand COD, biochemical oxygen demand BOD, amonia nitrogen N-NH + 4, total phosphorus TP and insolubles substances NL were measured in the wastewater. I was also monitored the inflow of wastewater to Wastewater treatment plant Bučovice. I was used the obtained data and values for assessment of effectiveness of technological process at Wastewater treatment plant Bučovice. The average effectiveness of any month was not decreasing below 90% at COD, BOD and NL and was not decreasing below nearly 80% at N-NH + 4 and TP. I find it very helpful for local recipient the river Litava. Keywords: Wastewater treatment plant Bučovice, wastewater, Number of pages: 54 Number of apendices: 0 COD, BOD, N-NH 4 +, TP, NL Language: Czech 5

6 Obsah 1 ÚVOD TEORETICKÁ ČÁST ODPADNÍ VODY HISTORIE ČISTÍRENSTVÍ ČIŠTĚNÍ ODPADNÍCH VOD MECHANICKÉ ČIŠTĚNÍ ČESLE LAPÁKY PÍSKU USAZOVACÍ NÁDRŽE BIOLOGICKÉ ČIŠTĚNÍ AKTIVACE AKTIVACE S NITRIFIKACÍ DOSAZOVACÍ NÁDRŽE KVALITA BIOLOGICKY ČIŠTĚNÉ ODPADNÍ VODY DENITRIFIKACE ODSTRAŇOVÁNÍ NUTRIENTŮ BIOLOGICKÉ ODSTRAŇOVÁNÍ FOSFORU CHEMICKÉ ODSTRAŇOVÁNÍ FOSFORU KALOVÉ HOSPODÁŘSTVÍ ZÁKLADNÍ VLASTNOSTI KALŮ STABILIZACE KALU ZAHUŠŤOVÁNÍ KALU ODVODŇOVÁNÍ KALU KONEČNÉ ZPRACOVÁNÍ KALU ČIŠTĚNÍ ODPADNÍCH VOD NA ČOV BUČOVICE MECHANICKÉ ČIŠTĚNÍ BIOLOGICKÁ ČÁST OXICKÁ ZÓNA ANOXICKÁ ZÓNA KALOVÉ HOSPODÁŘSTVÍ POZNATKY Z TECHNOLOGIE ČIŠTĚNÍ NA ČOV BUČOVICE FUNKCE TECHNOLOGICKÝCH ZAŘÍZENÍ

7 FUNKCE TECHNOLOGICKÝCH ZAŘÍZENÍ MECHANICKÉHO ČIŠTĚNÍ FUNKCE TECHNOLOGICKÝCH ZAŘÍZENÍ BIOLOGICKÉHO ČIŠTĚNÍ FUNKCE TECHNOLOGICKÝCH ZAŘÍZENÍ KALOVÉHO HOSPODÁŘSTVÍ FUNKCE TECHNOLOGICKÝCH ZAŘÍZENÍ ODVODŇOVÁNÍ KALU EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST METODIKA STANOVENÍ UKAZATELŮ JAKOSTI ODPADNÍCH VOD METODIKA STANOVENÍ CHEMICKÉ SPOTŘEBY KYSLÍKU METODIKA STANOVENÍ BIOCHEMICKÉ SPOTŘEBY KYSLÍKU METODIKA STANOVENÍ AMONIAKÁLNÍHO DUSÍKU METODIKA STANOVENÍ CELKOVÉHO FOSFORU METODIKA STANOVENÍ NEROZPUŠTĚNÝCH LÁTEK VYHODNOCENÍ TECHNOLOGICKÉHO PROCESU ČOV BUČOVICE ZÁVĚR SUMMARY SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY

8 Přehled použitých symbolů a zkratek aj. ATP BOD BSK n BSK 5 COD ČOV ČS CHSK Cr NL + N-NH 4 OV ph a jiné adenosintrifosfát biochemical oxygen demand biochemická spotřeba kyslíku za n dní biochemická spotřeba kyslíku za 5 dní chemici oxygen demand čistírna odpadních vod čerpací stanice chemická spotřeba kyslíku dichromanovou metodou nerozpuštěné látky amoniakální dusík odpadní voda záporný dekadický logaritmus koncentrace H + iontů v roztoku P celk. celkový fosfor resp. respektive RO1, RO2 rozdělovací objekt 1, 2 tj. TP tzv. USN to jest total phosphorus takzvaně uskladňovací nádrž 8

9 1 ÚVOD Voda je mimořádná látka, která se chová anomálně téměř ve všech svých fyzikálněchemických vlastnostech a zřejmě představuje tu nejvíc složitou z jednoduchých chemických sloučenin. 1 Voda je čirá bezbarvá kapalina, jejíž teplota tání je 0 o C a teplota varu 100 o C. Voda tvoří 2/3 zemského povrchu a zaujímá objem 1, km 3. Je to nejrozšířenější látka na zemi. 97% vody tvoří voda slaná. Vodu rozdělujeme do tří základních kategorií: a)voda pitná b)voda užitková c)voda odpadní. 2 Vody po použití, změní-li svoje vlastnosti, třeba jen fyzikální (teplotu), se nazývají vodami odpadními. Odpadní vody jsou vypouštěny většinou do vod povrchových. Předtím však musí být vyčištěny (upraveny) na požadovanou míru stanovenou vodohospodářským rozhodnutím, které obsahuje mimo jiné především povolené vypouštěné množství odpadní vody a kvalitativní, případně bilanční limity pro jednotlivé složky znečištění. 3 Účelem čištění odpadních vod je mechanické odstranění nerozpuštěných látek z odpadních vod a následné fyzikálně-chemické a především biologické rozložení přitékajícího znečištění, čímž musí být dosaženo takových zbytkových koncentrací znečišťujících látek na ČOV, aby nepředstavovaly zátěž pro recipient. 4 Cílem mé bakalářské práce bylo sledovat kvalitu odpadních vod na přítoku a na odtoku ČOV Bučovice a množství odpadních vod sem přitékajících. Ze získaných údajů a hodnot jsem zpracovala a vyhodnotila účinnost technologického procesu na ČOV Bučovice. 9

10 2 TEORETICKÁ ČÁST 2.1 ODPADNÍ VODY Podle svého původu se rozdělují odpadní vody na: 1) Splaškové odpadní vody jsou odpadní vody vypouštěné do veřejné kanalizace z bytů a obytných domů. Patří k nim i odpadní vody z městské vybavenosti, jako jsou školy, restaurace, hotely, kulturní zařízení, apod., mající podobný charakter jako odpadní vody od obyvatel. Specifické množství odpadních vod (množství od jednoho obyvatele za den) závisí na bytové vybavenosti (koupelny, sprchy, přívod teplé vody aj.) a je prakticky shodné se spotřebou pitné vody. Průměrně se počítá se specifickou produkcí splaškových vod 100 l/osobu.den. 2) Odpadní vody průmyslové jsou odpadní vody vypuštěné do veřejné kanalizace z průmyslových závodů a výroben, případně předčištěné v závodě, tj. zbavené toxických a pro provoz veřejné kanalizace a ČOV, případně i pro vodní recipient jinak škodlivých látek. Řadí se k nim i odpadní vody ze zemědělství. Tyto smíšené odpadní vody se nazývají vodami městskými (bez ohledu na velikost obce). Veřejné kanalizace jsou buď a) oddílné pro oddělené odvádění vod splaškových s průmyslovými a vod dešťových (dešťovou kanalizací) b) jednotné, jimiž je odváděna také srážková voda, která se tím stává vodou odpadní; typ jednotné kanalizace je zdaleka převažující 3) Odpadní vody dešťové jsou vody odváděné veřejnou kanalizací. Jejich množství závisí na velikosti odvodňované plochy, její kvalitě (sklonu, povrchu) a intenzitě srážek. Při krátkodobém působení srážky dosahují v maximech hodnot zdaleka převyšujících průtok splaškových a průmyslových odpadních vod, a proto na ně musí být dimenzována kanalizace. 4) Vody balastní. Do veřejné kanalizace se dostává určité množství podzemních vod netěsnostmi kanalizace. Tyto vody, které do veřejné kanalizace nepatří, neboť v pravém slova smyslu nejsou odpadními vodami, se přesto do ní dostávají a tvoří 10

11 často svým objemovým množstvím významný podíl (podle kvality stokové sítě a výšky hladiny podzemní vody) HISTORIE ČISTÍRENSTVÍ Původní tzv. domovní čisticí jámy se začaly objevovat v 17.století v Anglii a jsou popisovány jako žumpy se dvěma komorami. V první komoře, do níž ústilo záchodové potrubí, se usazovala hustá část splaškových vod. Tekutá část pak přepadala do menšího oddělení otvorem v dělicí stěně, v němž byla upevněna mřížovina, kterou se zadržovaly ve větším oddělení hrubší plovoucí nečistoty a předměty. V menším oddělení se všechny těžké látky usazovaly na dně. Úniku plovoucích látek do odtoku bránila kolenovitě zahnutá odtoková trubka. Horní konec svislého ramene odtokové trouby byl otevřen, aby bylo možné jámu pročišťovat a účinně provětrávat. Napojeným kanalizačním potrubím pak odtékaly takto vyčištěné splaškové odpadní vody do recipientu. 5 V případě neuznání tohoto způsobu čištění za vyhovující, lze menší oddělení jámy přehradit tím, že se mezi zazděná vodicí železa zasunou dvě na sebe dosedající litinové trubky, z nichž spodní je dole hustě mřížovaná. Toto oddělení se naplní vhodnou filtrační hmotou, kde se filtruje tekutá část splaškových vod a přidáváním desinfekčních prostředků se tato přefiltrovaná kapalina desinfikuje. Chemicko-fyzikálními procesy se tekutá část splaškových vod sorbuje a současně se okysličuje, takže vyhnívání pevných odpadů se omezí, případně se mu zabrání. 5 Na počátku 20.století se při výstavbě nejstarších ČOV v ČR používalo progresivních metod a technologií, jako je například použití provzdušňovaného betonu, předpjatého betonu a dalších materiálů. 5 ČOV byly od počátku zřizovány jako mechanicko-biologické jednotky včetně kalového hospodářství. Čištění vody se provádělo postupným oddělováním hrubých a potom jemných suspendovaných látek a posléze biologickým čištěním, při kterém se odstranily látky rozpustné a koloidně rozptýlené. Vlastní vybavení bylo na tehdejší dobu velice moderní a lze říci, že se řadilo k jedněm z nejdokonalejších zařízení v Evropě. 5 11

12 V mechanické části ČOV se odstraňovaly hrubé nečistoty. Skládalo se z hrubého předčištění, sestávajícího z lapače štěrku, hrubých a jemných česlí a lapače písku. Následovaly kruhové usazovací nádrže typu Dorr, kde se zachycoval primární kal. Účinnost těchto nádrží byla 30-40%. 5 Po mechanickém čištění se odpadní voda přivedla na biologický stupeň, který tvořily oxidační příkopy. Zde se zachycovaly rozpuštěné a koloidní organické nečistoty, které prošly mechanickým stupněm. Nečistoty byly působením mikroorganismů rozloženy tak, že je šlo v dosazovacích nádržích odloučit jako usazený kal ČIŠTĚNÍ ODPADNÍCH VOD Čištěním odpadních vod se z nich odstraní složky, které znečišťují povrchové vody, do nichž jsou vypouštěny. Technologie čištění se volí podle složení odpadní vody a podle nároků na její kvalitu. 3 Při čištění městských odpadních vod je třeba odstranit především hrubé, makroskopické částice, jejichž přítomnost by mohla vést v dalších stupních čištění k mechanickým závadám na strojním vybavení. Jedná se o unášené částice, které se zachycují na česlích s průlinami až 0,5 mm a o částice sunuté po dně stoky v podstatě písek. Pro zachycení písku slouží lapáky písku, které jsou někdy uspořádány i pro zachycení plovoucích látek (tukových), což je výhodné především u ČOV bez usazovacích nádrží. Tyto objekty, které nemohou chybět na žádné ČOV se nazývají v souhrnu mechanické čištění. Materiály na něm zachycené jsou hygienicky závadné a zpravidla se skládkují. 3 Za hrubým předčištěním následuje biologické čištění. Mechanické ČOV bez následujícího biologického čištění se v současné době již nebudují. Biologické čištění může být realizováno v aerobních nebo anaerobních podmínkách. 3 Produktem čištění odpadních vod je kalová suspenze (kal), kterou je třeba dále zpracovat. Proto je nedílnou součástí ČOV kalové hospodářství. 3 Požadavkem na ČOV je výrazné snížení: a) koncentrace suspendovaných látek 12

13 b) koncentrace organických látek, zejména biologicky rozložitelných c) počtu bakterií a jiných organismů d) vedle toho bývá požadováno odstranění nutričních prvků (N, P) do různého stupně podle velikosti zdroje znečištění a s přihlédnutím k recipientu MECHANICKÉ ČIŠTĚNÍ Mechanické čištění zahrnuje mechanické procesy, kterými se odpadní voda upravuje před vstupem do dalšího stupně čištění. 3 Hlavním účelem mechanického čištění je ochrana strojního zařízení čistírny před poruchami způsobenými ucpáním či zadřením ČESLE Česle slouží pro ochranu čerpacích agregátů. Rozdělují se podle velikosti mezer na česle hrubé s průlinami 5-10 cm a česle jemné s průlinami 5-20 mm. Tímto předčištěním vznikají shrabky, které se na malých ČOV kompostují a na velkých ČOV se skládkují nebo používají při výrobě průmyslových kompostů LAPÁKY PÍSKU Odstranění písku z odpadní vody probíhá v lapáku písku, který je zpravidla nedílnou součástí hrubého předčištění. Jeho principem je snížení průtočné rychlosti, při čemž se vytvoří podmínky pro sedimentaci pískových částic. Lapák písku má zachytit písek o velikosti zrn větší než 0,2 mm. Průtočná rychlost v lapáku však nesmí klesnout natolik, aby docházelo k usazování kalových částic s vysokým organickým podílem. 3 13

14 USAZOVACÍ NÁDRŽE Pro zachycení usaditelných látek slouží ve vodárenství i při čištění odpadních vod usazovací nádrže. Proces usazování je využíván při mechanickém čištění odpadních vod. Městské odpadní vody obsahují obvykle mg/l nerozpuštěných látek, z nichž je 73% usaditelných. Množství látek odstraněných sedimentací závisí na hydraulickém zatížení nádrže. 3 Kal produkovaný při mechanické čištění odpadní vody se nazývá primární. Následujeli po mechanickém čištění biologické, bývá často přebytečný biologický kal čerpán před usazovací nádrž, sedimentuje spolu s látkami přiváděnými v odpadní vodě a je zpracován jako surový směsný kal. Primární usazovací nádrže bývají vybaveny vedle stíracího zařízení dna pro odstranění kalu i stíráním hladiny, neboť v přiváděné vodě jsou obsaženy i látky plovoucí. Kal ze stírané hladiny je zpracován spolu s kalem primárním BIOLOGICKÉ ČIŠTĚNÍ Důležitým faktorem biochemických přeměn probíhajících v přírodě a využívaných i při biologických způsobech čištění odpadních vod jsou mikroorganismy, především bakterie. 3 Základními procesy čištění odpadních vod v biologických systémech je rozklad organických látek, na němž se podílejí různorodé mikrobiální společenství, souběžně však probíhají často i některé procesy podmíněné specializovanými bakteriálními druhy, jako je například oxidace amoniaku na dusitany a dusičnany (tzv. nitrifikace) působením nitrifikačních bakterií. 3 Aerobní a anaerobní procesy Aerobní procesy probíhají v přítomnosti molekulárního kyslíku, procesy anaerobní v jeho nepřítomnosti. 3 V aerobních podmínkách se jedná o oxidační rozklad organických sloučenin molekulárním kyslíkem (aerobní respirací), přičemž energie tímto procesem uvolněná je 14

15 prostřednictvím enzymového systému využita mikroorganismy tento děj podmiňujících. Konečným produktem oxidace organických látek je CO 2. Akceptorem elektronů v tomto ději uvolňovaných je molekulární kyslík, který je redukován na vodu. 3 Při anaerobním mikrobiálním rozkladu organické hmoty jsou elektrony uvolněné tímto dějem, zvaným anaerobní fermentace, přenášeny na některý z meziproduktů buněčného metabolismu nebo na ionty H +. Jsou-li akceptorem elektronů anionty NO - 3, NO - 2, SO 2-4, HCO - 3, nazývá se děj anaerobní respirací. Konečným produktem rozkladu organických látek v anaerobních podmínkách směsnou mikrobiální kulturou je methan a CO 2, uvolňované jako bioplyn. 3 Anaerobní procesy jsou vhodné pro stabilizaci čistírenských kalů a pro čištění odpadních vod s vysokou koncentrací organického znečištění AKTIVACE Princip biologického čištění aktivací spočívá ve vytvoření aktivovaného kalu v provzdušňované aktivační nádrži. Aktivovaný kal je směsnou bakteriální kulturou, obsahující i jiné organismy jako například houby, plísně, kvasinky, prvoky aj. 3 V základním uspořádání sestává aktivace z aerované nádrže (reaktoru), v níž dochází k procesu čištění odpadní vody za současné produkce aktivovaného kalu. Z aktivační nádrže odtéká směs odpadní vody a aktivovaného kalu do dosazovací nádrže, v níž se obě tyto složky oddělí sedimentací. Vyčištěná odpadní voda odtéká z biologické čistírny, kdežto sedimentací zahuštěný aktivovaný kal je vracen do aktivační nádrže, v níž je udržována jeho dostatečná koncentrace, neboť je nositelem čistícího procesu. Tento kal se nazývá vratný. Objemový podíl recirkulovaného kalu bývá 30 50%, někdy je však i podstatně větší. Přebytek aktivovaného kalu, neboť tento se průběžně stále tvoří, je odváděn ze systému jako kal přebytečný. 3 Aerobní bakterie potřebují ke svému metabolismu kyslík, který musí být do aktivační nádrže průběžně přiváděn jejím provzdušňováním. Jen výjimečně jsou navrhovány aktivační čistírny s přívodem samotného kyslíku, jinak jde o stlačený vzduch. Aerací se současně 15

16 udržuje aktivační směs ve vznosu. Důsledkem nedostatečného provzdušňování je vyčerpání rozpuštěného kyslíku. Jestli je tento stav dlouhodobý, nastane odumírání aerobních bakterií a vytvoří se anaerobní podmínky, při nichž probíhají rozkladné procesy pomaleji a čistící aerobní proces se zhroutí. 3 Při biologickém aerobním čištění jsou rozkládány i tenzidy (aniontové i neiontové), neboť tenzidy v současné době vyráběné jsou biologicky rozložitelné. Jejich zbytkové koncentrace v biologicky čištěné odpadní vodě bývají řádově v desetinách mg/l, při vstupních koncentracích v jednotkách mg/l. Ve stejných zbytkových koncentracích se nacházejí i nepolární extrahované látky (NEL), které se adsorbují na aktivovaný kal. Jejich přípustná koncentrace v přítoku do biologické ČOV bývá < 10 mg/l. Vysoká sorpční schopnost aktivovaného kalu i příjem mikrobiálními buňkami způsobuje, že zbytkové koncentrace těžkých kovů ve vyčištěné odpadní vodě jsou velice nízké, zpravidla pod 0,1 mg/l AKTIVACE S NITRIFIKACÍ Dusíkaté sloučeniny jsou v přírodních vodách nežádoucí, protože umožňují růst zelených organismů (především řas), které způsobují tzv. eutrofizaci vod. 3 Amoniak tvoří běžnou složku odpadních vod a je při biologickém aerobním čištění, probíhá-li za vhodných podmínek, oxidován na dusičnany mikrobiálním procesem, který se nazývá nitrifikací. Dusičnany pak lze odstranit procesem denitrifikačním. 3 Nitrifikace probíhá ve dvou stupních činností chemolithotrofních bakterií, které jako zdroj uhlíku využívají CO 2. V prvém stupni (nitrifikačním) je oxidová amoniak na dusitany bakteriemi rodu Nitrosomonas a Nitrosococcus a ve druhém stupni (nitratačním) jsou dusitany oxidovány dále bakteriemi rodu Nitrobacter a Nitrocystis na dusičnany: 2 NH O 2 2 HNO H 2 O 2 HNO 2 + O 2 2 HNO 3 16

17 Faktory ovlivňující proces nitrifikace: 1) Koncentrace rozpuštěného kyslíku: Doporučuje se udržovat koncentraci O 2 v aktivační nádrži kolem 2 mg/l. 2) Hodnota ph: Optimální hodnota ph pro rod Nitromonas je 7,9 8,2, pro rod Nitrobacter 7,2 7,6. Vyšší hodnoty ph mohou mít proto za následek hromadění dusitanů. 3) Teplota: Optimální teplota pro čisté kultury nitrifikačních bakterií je v rozmezí O C. V aktivačním procesu probíhá nitrifikace v dosti širokém teplotním rozmezí 5 30 O C, ale s poklesem teploty pod 10 O C se její rychlost zmenší přibližně na polovinu DOSAZOVACÍ NÁDRŽE Usazovací nádrže sloužící k oddělení biologického kalu sedimentací se nazývají nádrže dosazovací. Jsou zpravidla nedílnou součástí biologických čistíren s aktivací nebo se zkrápěnými kolonami. 3 Dosazovací nádrže obvykle nebývají, na rozdíl od nádrží usazovacích, vybaveny stíráním hladiny. Účelné je však zabudování norné stěny před přelivnou hranu žlabů odvádějících vyčištěnou odpadní vodu. Tímto opatřením se sníží únik vloček biologického kalu do odtoku KVALITA BIOLOGICKY ČIŠTĚNÉ ODPADNÍ VODY Kvalita odpadní vody čištěné aerobním biologickým způsobem závisí na kvalitě odpadní vody přiváděné na biologickou jednotku, na jejím vybavení i parametrech provozu. Vyčištěná odpadní voda obsahuje ještě určité koncentrace látek rozpuštěných, koloidních I nerozpuštěných. Zbytkové koncentrace rozpuštěných a koloidních organických látek závisí na zatížení aerobního reaktoru, především na látkovém zatížení kalu dle BSK 5 (v kg.kg -1.d -1 ), zatímco koncentrace nerozpuštěných látek je závislá na dokonalosti separace biologického 17

18 kalu, neboť tyto látky jsou v podstatě jemnými vločkami aktivovaného kalu unikajícími ze systému s čištěnou odpadní vodou. 3 V systému biologického čištění odpadní vody, v němž je přítomna mikrobiální biomasa, dochází vedle průběžného růstu mikroorganismů i k jejich odumírání, rozkladu buněk a tím uvolňování organických látek do roztoku. Organické látky jsou vylučovány i živými mikroorganismy jako extracelulární enzymy. Proto při biologickém čištění nelze dosáhnout libovolně nízké koncentrace organických látek ve vodném roztoku, ani biologicky rozložitelných (BSK 5 ) a tím méně veškerých, včetně biologicky nerozložitelných sloučenin (CHSK). Zbytkové limitní koncentrace biologicky rozložitelných látek budou spíše než na jejich vstupní koncentraci závislé na koncentraci biomasy v reaktoru. Při obvyklých koncentracích aktivovaného kalu řádově v kg/m 3 (zpravidla 2 5) bývají zbytkové limitní koncentrace BSK 5 2 až 5 mg/l, což je hranice možnosti biologického aerobního čištění. Látky v čištěné odpadní vodě, podílející se na CHSK, se skládají z biologicky rozložitelných i rezistentních sloučenin a jejich zbytkové koncentrace jsou proto závislé nejen na stupni odstranění v průběhu procesu (u rezistetních látek jen adsorpcí), ale i na vstupních koncentracích. Podíl CHSK Cr : BSK 5 se biologickým čištěním zvyšuje a při čištění městských odpadních vod bývá 3:1 až 5:1, u odtoků s koncentracemi BSK 5 blížícími se výše uvedeným limitům bývá kolem 10:1 i vice. 3 Suspendované látky aktivovaného kalu se podílejí na zbytkové koncentraci CHSK a BSK 5 v závislosti na jeho kvalitě, charakterizované především stářím kalu a podílem organické hmoty v jeho sušině. 3 Zbytkové koncentrace organicky vázaného dusíku bývají u dobře fungujícího biologického aerobního čištění kolem 1 mg/l. Zbytková koncentrace N-NO - 3 závisí na účinnosti denitrifikace. Pokud je systém vybaven pro denitrifikaci, bývají obvykle koncentrace N-NO - 3 v odtoku v jednotkách mg/l DENITRIFIKACE Při biologickém čištění odpadních vod dochází za vhodných podmínek k nitrifikaci amoniakálního dusíku, tj. k jeho mikrobiální oxidaci na dusičnany. Za anoxických podmínek, 18

19 tedy v prostředí bez molekulárního kyslíku dochází k redukci dusičnanů a dusitanů na dusík, resp. oxid dusný, což se nazývá denitrifikace. Tento mikrobiální proces je výsledkem metabolické činnosti chemooorganotrofních aerobních bakterií, které při rozkladu organických látek využívají jako acceptor elektronů molekulární kyslík, ale v jeho nepřítomnosti jsou schopny využít náhradní akceptory elektronů, a to dusitany a dusičnany, které redukují, jak uvedeno výše, na N 2 a N 2 O. Proces je dvoustupňový. V prvém stupni jsou redukovány dusičnany na dusitany a ve druhém jsou tyto dále redukovány na dusík, resp. oxid dusný: NO H e - NO H 2 O 2 NO H e - N H 2 O 2 NO H e - N H 2 O ODSTRAŇOVÁNÍ NUTRIENTŮ BIOLOGICKÉ ODSTRAŇOVÁNÍ FOSFORU Fosfor v biologicky čištěné odpadní vodě se vyskytuje převážně ve formě fosforečnanů, jejichž zbytkové koncentrace závisí především na poměru BSK 5 /P na vstupu do biologické ČOV. Fosfor vázaný v organických sloučeninách a polyfosfátech je v průběhu biologického procesu uvolňován jako orthofosfát. Zbytkové koncentrace P-org. bývají řádově v desetinách mg/l. Koncentrace P-PO 4 ve vyčištěné vodě závisí na vstupní koncentraci celkového fosforu a dále na rozloženém množství organických látek (BSK 5 ), úměrných produkované biomase s určitým podílem fosforu, který je odstraněn v přebytečném kalu. 3 Při konvenčním aktivačním procesu je fosfor odstraněn z odpadní vody pro stavbu mikrobiálních buněk, hlavně pro syntézu adenosintrifosfátu (ATP), který je součástí nukleoproteinů a má význam jako přenašeč energie. 3 Biologické systémy se zvýšeným odstraněním fosforu, přesněji řečeno fosfátů, jsou založeny na zvýšeném příjmu fosforu do buněk některých mikroorganismů, především 19

20 bakterií rodu Acinetobacter a rodů jemu příbuzných (P-P bakterie), které mohou v čistých kulturách obsahovat až 8% fosforu v sušině. 3 P-P bakterie jsou aerobními chemoorganotrofními organismy, které metabolizují organický substrát v oxických podmínkách a akumulují ve zvýšené míře fosfor za předpokladu, že jsou předtím vystaveny podmínkám anaerobním. V anaerobním prostředí nemohou jako obligátní aerobové růst, přijímají však některé jendoduché organické sloučeniny, jako jsou mastné kyseliny nebo alkoholy s krátkým uhlíkovým řetězcem a syntetizují je na zásobní látky, mezi nimiž byla prokázána zejména kyselina poly β hydroxymáselná. Energii k této syntéze získávají rozkladem polyfosfátů, které jsou v jejich buňkách uloženy jako zásobárna energie, neboť jejich anhydridové vazby mají stejně jako ATP makroergní charakter. Při tom jsou uvolněné fosforečnany vylučovány do prostředí. V oxických podmínkách nejsou pak P-P bakterie schopny zužitkovat ke stavbě své buněčné hmoty velkou produkci energie z rozkladu exogenního energetického substrátu i z endogenní respirace zásobních látek, a proto její nadbytek využívají k syntéze volutinu, který s vysokým obsahem polyfosfátových granulí představuje pro ně zásobárnu energie. V anaerobních podmínkách se tedy fosforečnany uvolňují do vnějšího prostředí a v aerobních podmínkách jsou naopak z něho odebírány. Podstatné je, že v celkové bilanci příjem fosforu do bakteriálních buněk výrazně převyšuje jejich uvolňování. 3 Biologické aktivační systémy se zvýšeným odstraněním fosforu se rozlišují podle toho, v jaké části ČOV je odstranění provedeno a to: a) odstranění v hlavním proudu b) odstranění ve vedlejším proudu. 3 První způsob spočívá v předřazení anaerobní zóny před zónu oxickou, případně vybavenou i pro odstranění dusíku denitrifikačním stupněm v průtočném profilu ČOV. Druhý způsob je uskutečněn mimo hlavní čistírenskou linku. Část vratného kalu je přiváděna do anaerobního reaktoru, kde po proběhnutí potřebné doby anaerobní fermentace je kal vracen do systému biologického čištění a v kalové vodě, do níž bylo uvolněno značné množství fosforečnanů, jsou tyto odstraněny srážením vápnem a odváděny ve formě chemického kalu. 3 20

21 CHEMICKÉ ODSTRAŇOVÁNÍ FOSFORU Chemické odstranění fosforu, lépe řečeno orthofosforčnanů, neboť polyfosforečnany a organické sloučeniny fosforu se takto neodstraní, spočívá ve tvorbě málo rozpustných sloučenin fosforu, charakterizovaných součinem rozpustnosti. Z disociačních konstant kyseliny fosforečné vyplývá, že její iontová forma PO 3-4 tvořící nerozpustné sloučeniny se vyskytuje nad ph cca 4,0 a její podíl roste až k ph 12,0, při němž je zcela převládající formou. 3 Se zvyšováním ph se rozpustnost solí zvyšuje vlivem tvorby komplexních sloučenin. Důvodem jsou adsorpční procesy. 3 Při srážení železitými nebo hlinitými solemi se obvykle volí molární poměr kov/p-po 4 cca 1,5. Větší přebytek srážedla vede sice k dalšímu snížení koncentrace rozpustných fosfátů, ale současně ke značnému nárůstu množství kalu, tvořeného vedle fosfátů i příslušnými hydroxidy železitým, případně hlinitým. 3 Jako srážedla se používají nejčastěji chlorid nebo síran železitý, síran hlinitý, síran železnatý a hlinitan sodný. Všechny uvedené soli s výjimkou poslední okyselují vodné roztoky vlivem hydrolýzy, což je třeba vzít v úvahu zvláště při nízké neutralizační kapacitě roztoku, kdy je potřebné dávkovat Ca(OH) 2. Naopak přídavkem hlinitanu alkalizuje roztok a má výhodu v tom, že do roztoku nejsou přiváděny anionty Cl -, případně SO 2-4. Použití levného síranu železnatého je vhodné tam, kde je přiváděn do výroby vzdušný kyslík oxidující Fe(II) na Fe(III). 3 Dávkování srážedel je možné do: a) lapáku písku, přičemž vzniklá sraženina je odstraněna spolu s primárním kalem v usazovací nádrži. Při tomto způsobu je třeba dbát na to, aby poměr P/BSK 5 neklesl na hodnotu inhibující biologické čištění. b) aktivační nádrže, obvykle do poslední třetiny jejího koridoru. Tento způsob vede k lepší separovatelnosti aktivovaného kalu v dosazovací nádrži a tím někdy k docílení lepších čistících účinků i v odstranění organického znečištění. c) biologicky vyčištěné odpadní vody je nejúčinější a nejlépe regulovatelné, vyžaduje však koagulační nádrž a nádrž pro separaci vysráženého kalu, variantně místo ní 21

22 pískový filtr. Při dávkování je především potřeba důkladného promísení srážedla s vodou, čehož se dosáhne intenzívním mícháním po dobu cca 1 3 minut a následující flokulace po dobu minut, během níž se při pozvolném pohybu suspenze docílí vytvoření dobře separovatelných vloček. 3 Zbytkové koncentrace fosforečnanového fosforu se po chemickém srážení pohybují v hodnotách řádově v desetinách mg/l, a protože fosfáty jsou převažující formou v biologicky čištěné odpadní vodě, činí zbytkové koncentrace P-celk < 1 mg/l. Nutno však počítat se zvýšenou produkcí kalu, v sušině cca o 30% KALOVÉ HOSPODÁŘSTVÍ ZÁKLADNÍ VLASTNOSTI KALŮ Produktem čištění odpadní vody je čistírenský kal, což je disperzní systém, obsahující rozpuštěné, koloidní a suspendované látky. V usazovacích nádržích ČOV vzniká sedimentací látek odpadní vody primární kal. Produktem biologického čištění odpadní vody je biologický kal, který je zpracován buď samostatně, nebo je čerpán před usazovací nádrže a sedimentuje spolu s usaditelnými látkami, které jsou přiváděny v odpadní vodě, jako směsný surový kal STABILIZACE KALU Stabilizace kalu se provádí: a) chemicky přídavkem Ca(OH) 2 b) termicky (sušením) c) biologicky (aerobním nebo anaerobním způsobem) Převažuje anaerobní způsob stabilizace, který je na ČOV realizován ve vyhnívacích nádržích. Několikrát denně je část kalu z nádrže vypuštěna a nahrazena čerstvým surovým kalem, který je třeba dobře rozmíchat s vyhnilým kalem, aby došlo ke styku anaerobních bakterií s organickou hmotou surového kalu. Děje se tak cirkulací čerpadly, přičemž se někdy 22

23 mísí vyhnilý kal s kalem surovým před jeho vstupem do vyhnívací nádrže. U vyhnívacích nádrží se cirkuluje kal přes výměník tepla. Účinným způsobem míchání obsahu ve vyhnívacích nádržích je cirkulace bioplynem pomocí speciálních kompresorů. Obsah nádrže lze míchat i mechanickými míchadly. Mícháním obsahu vyhnívací nádrže se také brání vzniku kalového sirupu, který se jinak tvoří na hladině kalu z flotujících částic (vlákna, tuky, aj.) a není-li průběžně rozrušován, vytvoří kompaktní hmotu, snižující účinný objem nádrže, která pak musí být po určité době provozu pracně čištěna ZAHUŠŤOVÁNÍ KALU Množství kalu je určeno množstvím jeho sušiny a obsahem vody. Snížením obsahu vody separací od suspendovaných látek lze zmenšit objemové množství a hmotnost kalu. Pokud se tato separace děje gravitačními silami, mluvíme o zahušťování. Nejběžnějším způsobem zahušťování je sedimentace, ke které dochází v usazovacích a dosazovacích nádržích. Kal z těchto nádrží odváděný však stále obsahuje značné množství vody, kterou lze oddělit zahuštěním v samostatných zahušťovacích nádržích ODVODŇOVÁNÍ KALU Další podstatné snížení obsahu vody u kalu se dosáhne odvodněním, při kterém se sníží obsah vody na 80-50%. Odvodněný kal je pevné konzistence, hovoříme o tzv. strojním způsobu odvodňování. 3 Strojní odvodňování spočívá ve filtraci suspenze za působení tlaku nebo v sedimentaci za zvýšení gravitačních sil. Probíhá na sítopásových lisech nebo na dnes již převažujících odstředivkách. Obsah sušiny při strojním odvodnění se pohybuje kolem 20-35% KONEČNÉ ZPRACOVÁNÍ KALU V konečné etapě zpracování kalu přicházejí v úvahu následující možnosti: a) využití jako hnojiva b) skládkování 23

24 c) zapracování do stavebních materiálů ČIŠTĚNÍ ODPADNÍCH VOD NA ČOV BUČOVICE Město Bučovice se svými osmi tisíci obyvateli leží východně od moravské metropole Brno v povodí říčky Litavy. Na jihu s Bučovicemi sousedí Ždánické lesy a severně směrem k Vyškovu se krajina otvírá do polí úrodné Hané. Město je napojeno na skupinový vodovod Vyškov v majetku VaK Vyškov, a.s. Tato organizace spravuje i kanalizaci a novou čistírnu odpadních vod (ČOV). Výstavba ČOV Bučovice ( EO) byla zahájena v dubnu 1994 a dne byla ČOV rozhodnutím referátu ŽP Okresního úřadu Vyškov uvedena do zkušebního provozu. Současně s výstavbou ČOV byla budována i stoková síť pravobřežního sběrače. Celkové náklady stavby činily 85,8 milionů Kč. Investorem stavby ČOV bylo město Bučovice. Generálním dodavatelem byla firma IMOS-VHS, s.r.o. Veselí nad Moravou s generálním projektantem Centriprojekt Zlín, a.s. Subdodávku technologické části zajišťovala firma VHZ-DIS, s.r.o. Brno. Stavbu kanalizace a souvisejících objektů realizovala firma INSTA Prostějov, s.r.o. s generálním projektantem AUSTERLITZ projekt Slavkov u Brna. Mechanicko-biologická čistírna je určena pro čistění splaškových vod z města Bučovice, včetně obce Vícemilice a odpadních vod z průmyslové aglomerace města a občanské a technické vybavenosti. 6 24

25 2.4.1 MECHANICKÉ ČIŠTĚNÍ Odpadní vody jsou přiváděny do ČOV pravobřežním kanalizačním sběračem DN 1200 mm s vyústěním do vypínací komory vírového separátoru. Na vtoku do separátoru jsou umístěny strojně stírané vozíkové česle INKOS s průlinami 60 mm, které slouží k zachycení hrubých mechanických nečistot. Vírový separátor pracuje na principu tangenciálního vtoku vody do kruhové nádrže. Příčná cirkulace v kruhové nádrži má charakter proudění ve spirále. Usaditelné suspendované látky se dostávají ke stěně nádrže, kde klesají ke dnu a jsou sunuty ke středu nádrže. Voda zbavená sedimentu přepadá přes přepadovou hranu a odtéká do recipientu. Použití tohoto systému umožňuje spojení funkce předčištění dešťových vod a jejich oddělení do jednoho objektu. 6 Vstupní čerpací stanice je navržena na celkový přítok mezního deště 312 l.s -1 (66 l.s -1 na biologickou část linky, 246 l.s -1 do dešťové zdrže) a slouží pro čerpání splaškových vod do biologického stupně a dešťových vod do dešťové zdrže. 6 Dešťové vody jsou čerpány do dešťové zdrže o užitném objemu 433 m 3. Jsou zde osazeny 2 ks čerpadel EMU o výkonu každé 100 l.s -1 a 1 ks čerpadla EMU o výkonu 60 l.s -1. Po ukončení dešťového průtoku je obsah zdrže gravitačně přepuštěn do čerpací jímky a čerpán na ČOV. 6 Odpadní vody jsou čerpány 3 ks ponorných kalových čerpadel EMU každé o výkonu 18,1 l.s -1 do kompaktního zařízení HUBER Ro5. Přitékající odpadní voda protéká nejprve rotačním šnekem se sítem a je zbavena plovoucích nečistot. Shrabky jsou vynášeny z nádoby integrovaným lisem na shrabky, pričemž jsou odvodněny až na 40% sušiny. Takto odvodněné a zhutnělé shrabky odpadávají do kontejneru. Vylisovaná voda je vedena zpátky do proudu odpadní vody na přítoku. Shrabky jsou pomocí integrovaného lisu redukovány asi o 60 %, co se týká objemu a asi o 50%, co se týče váhy. 6 Následuje lapák písku. Sediment z lapáku se dopravuje proti směru proudění a přitom dojde k vypírání organických látek. Na konci horizontálního šneku pro dopravu písku padají tyto látky do postranně uspořádaného sběrného místa. Z tohoto sběrného místa jsou vynášeny šnekem pro vynášení písku, přitom je písek odvodněn a vypadává do připraveného 25

26 kontejneru. Kompaktní zařízení je vybaveno provzdušňováním lapáku písku. Kapacita zařízení je 60 l.s V případě poruchy zařízení HUBER Ro5 slouží jako náhradní zařízení pro krátkodobý havarijní provoz ruční jemné česle a havarijní obtok. 6 Mechanicky předčištěná odpadní voda v maximálním množství 66 l.s -1 je přiváděna na rozdělovací objekt biologické části BIOLOGICKÁ ČÁST Biologický stupeň sestává z objektů oběhové aktivace, dosazovacích zařízení a dmychárny. 6 Rozdělovací objekt rozděluje předčištěné odpadní vody do dvou aktivačních nádrží. Je zde umístěna i čerpací stanice vratného kalu z dosazovacích nádrží. Na čerpací stanici jsou osazena dvě šneková čerpadla YBA Kombinovaný způsob aerace v oběhové aktivační nádrži spojuje procesy odstraňování uhlíkatého znečištění s procesy biologické eliminace nutrientů v jediné, stavebně nečleněné nádrži. V nádrži jsou vytvořeny oxické a anoxické zóny, kterými při oběhu nádrží prochází aktivační směs OXICKÁ ZÓNA Oxická zóna je zčásti vybavena dnovými prvky jemnobublinné aerace FLYGT- SANITAIRE. Jde o jemnobublinné diskové elementy s napojením na rozvod tlakového vzduchu. 6 26

27 ANOXICKÁ ZÓNA Anoxická zóna je vybavena horizontálními míchadly (1 ks na každou nádrž), jedná se o ponorné vrtulové míchadlo typu PM Pro vhánění vzduchu do aktivačních nádrží jsou v podzemním objektu umístěna kompaktní dmýchadla ZM-G 10, jedno z nich je dvouotáčkové. Jsou to zubová dmýchadla systému ROOTS. 6 Z aktivačních nádrží odtéká odpadní voda přes rozdělovací objekt do dosazovacích nádrží, které slouží pro odsazení aktivovaného kalu biologicky vyčištěné odpadní vody. Vyčištěná odpadní voda odtéká přes měrný Venturiho žlab MVŽ-15 do recipientu KALOVÉ HOSPODÁŘSTVÍ Přebytečný a plovoucí kal je z biologické části čerpán do dvou uskladňovacích nádrží, každé o objemu 400 m 3. Kal v nádržích je možno promíchat pomocí míchadel EMU. V prostoru mezi nádržemi jsou umístěny potrubní rozvody, veškeré armatury, které slouží k odčerpávání přiváděného kalu a čerpadlo, které slouží k odčerpávání usazeného kalu do homogenizační nádrže o objemu 36 m 3. Homogenizační nádrž s kónickým betonovým dnem slouží k přípravě kalu před odvodněním na odvodňovacím zařízení. 6 Odvodňování kalu je prováděno na zařízení od firmy GUINARD, typ ECO-PRESSE v mobilním provedení. Odvodňovací jednotka umístěna na přívěsu za nákladní automobil a je vybavena pásových lisem šířky 1000mm, chemickým hospodářstvím, čerpací technikou, kompresorem, dopravním zařízením pro odvodněný kal od lisu a elektrorozvody POZNATKY Z TECHNOLOGIE ČIŠTĚNÍ NA ČOV BUČOVICE Zkoušky a kolaudace ČOV Bučovice proběhly v prosinci V lednu 1996 přišly náhle silné mrazy -15 až -20 O C. Najetí provozu ČOV se tím podstatně zkomplikovalo. 6 27

28 Obsluha musela vysekat a rozmrazit v první řadě šneková čerpadla vratného kalu. Jakmile byla čerpadla spuštěna, bylo do provozu uvedeno provzdušňování a oběhová čerpadla aktivací. Další den bylo zahájeno čerpání odpadních vod do technologie. Dořešení dalších těžkostí v důsledku mrazů i technických závad si vyžádalo přibližně týden. Teplota odpadních vod na přítoku byla poměrně příznivá (průměr za první čtvrtletí roku 1996 byl 6,48 O C) a ČOV se podařilo udržet v chodu, i když mrazy nepolevovaly. Potvrdila se praktická poučka nezahajovat zkušební provoz v zimě. 6 Po prvním týdnu bylo pouhým okem viditelné zlepšení odtékajících vod a také laboratorní rozbory potvrdily lepší účinnost. Kromě jiného také proto bylo upuštěno od očkování cizím kalem. 6 V průběhu 1996 přišly mimořádné přívalové deště s množstvím hlíny a písku do kanalizace a přítok znečištění na ČOV Bučovice byl tak veliký, že ČOV v některých měsících čistila i více než 100% projektované kapacity. Například v červenci 1996 byly hodnoty NL 171,5 t/r (proti projektovaným 161 t/r) a BSK 5 153,3 t/r (proti projektovaným 149 t/r). Vírový separátor poctivě chránil recipient a ČOV se zahltila bahnem k nelibosti provozovatelů. Bez ohledu na to, že levobřežní sběrač není dosud dobudován, zatížení ČOV narůstá i nadále. Celkově je možné konstatovat, že vybudovaná ČOV Bučovice prokazuje čistící schopnosti v celkových množstvích lepší, než byly projektové hodnoty a velmi dobře zvládá zátěže, které výrazně převyšují očekávané koncentrace FUNKCE TECHNOLOGICKÝCH ZAŘÍZENÍ FUNKCE TECHNOLOGICKÝCH ZAŘÍZENÍ MECHANICKÉHO ČIŠTĚNÍ Odpadní vody přitékají na ČOV jednotnou kanalizační stokou přes vypínací komoru, hrubé česle, vírový separátor, vstupní čerpací jímku a další stupeň mechanického předčištění. Dešťové OV jsou akumulovány v dešťové zdrži. 7 Funkční popis jednotlivých částí mechanického čištění: 28

29 - vypínací komora betonová šachta se zabudovanými třemi kanálovými šoupaty, kterými je možno uzavřít přítok OV na ČOV a obtokovou kanalizací je odvézt přímo bez čištění do řeky Litavy - strojní česle slouží k zachycení hrubých mechanických nečistot Shrabky jsou vynášeny do kontejneru a vyváženy na skládku. - vírový separátor kruhový betonový objekt, kde dochází k oddělení dešťových OV převyšujících přítok na čistírnu, který je 385 l/s. V odtokovém kanále s vyústěním do řeky je instalováno elektrické stavidlo, které se při vysokých stavech vod v řece automaticky zavírá a zabraňuje zpětnému přítoku vody z řek na ČOV - jímka svozového kalu jímka pro externí OV z cisterny, vybavena míchadlem k občasnému promíchání objemu OV a k homogenizaci OV před vypouštěním do přítokové kanalizace na ČOV, odtokové množství možno nastavit šoupátkem - čerpací stanice OV ze separátoru odtékají do čerpací jímky, odkud jsou čerpány třemi čerpadly. Rezervou čerpadel je 1 ks stejného čerpadla uloženého ve skladě. - dešťová zdrž kruhová betonová nádrž o průměru 15 m, je vybavena středovým nátokovým sloupem, lávkou a obvodovým žlabem. Akumulované dešťové OV budou později v období menších přítoků OV na ČOV přepouštěny přes čerpací jímky k dočištění. Pro vyčištění dna dešťové zdrže do sedimentovaných kalů je v samostatné jímce instalováno ponorné čerpadlo. K ručnímu ostřiku pryžovou hadicí je použita vyčištěná voda z odtoku čistírny. - mechanické předčištění jedná se o zařízení HUBER. Tato integrovaná jednotka mechanického předčištění zajišťuje záchyt plovoucích a šinutých látek v OV do 3 mm, záchyt písku se současným provzdušněním a dopravu zachycených látek do kontejnerů. Zařízení v provedení do venkovního prostředí je umístěno pod přístřeškem. Automatický provoz zařízení je ovládán z rozvaděče. V případě poruchy mechanického předčištění budou OV přechodně čištěny na ručně stíraných česlích instalovaných v obtokovém kanále. Přítok OV k zařízení hradí dřevěná stavidla. 29

30 Obrázek č.1: Mechanické předčištění - měrný Parshallův žlab na dešťové vody - slouží k měření okamžitého průtoku a sumarizace celkového proteklého množství dešťových vod. - stacionární vzorkovač na přítoku a odtoku ČOV - pomocí stacionárních automatických vzorkovačů jsou odebírány směsné vzorky na přítoku a odtoku ČOV FUNKCE TECHNOLOGICKÝCH ZAŘÍZENÍ BIOLOGICKÉHO ČIŠTĚNÍ Po hrubém předčištění OV odtékají do biologického stupně čištění, který sestává z předřazené denitrifikační nádrže, ze dvou oběhových nádrží, rozdělovacího objektu RO1, ČS vnitřního recyklu a vratného kalu, rozdělovacího objektu RO2, dosazovacích nádrží, dmychárny, čerpací stanice přebytečného kalu a měrného odtokového objektu. 7 Funkční popis jednotlivých částí mechanického čištění: - denitrifikační nádrž - je osazena hyperboloidním míchadlem a je vybavena betonovou pochůznou lávkou napříč nádrže. - oběhová aktivace je v ní instalováno jemnobublinné provzdušňovací zařízení a ponorné pomaluběžné míchadlo. Pro montáž míchadla je instalována spouštěcí konzola s jeřábkem. 30

31 Obrázek č.2: Oběhová aktivace Zdrojem vzduchu pro aktivaci jsou dvě dmychadla včetně protihlukového krytu. Vzduch je k provzdušňovacímu zařízení veden nerezovým potrubím. Případné průsakové vody jsou odčerpávány ponorným čerpadlem. 7 Z aktivačních nádrží OV odtékají přes ČS vnitřního recyklu a vratného kalu na rozdělovací objekt RO2, odtud pak do dvou kruhových dosazovacích nádrží o průměru 15 m. Vyčištěná voda odtéká přes měrný objekt s měrným Venturiho žlabem a zařízením na odběr vzorků. 7 31

32 Obrázek č.3: Dosazovací nádrž K čerpání vnitřního recyklu se využívá jedno ponorné čerpadlo, k čerpání vratného kalu dvě ponorná čerpadla. K měření čerpaného množství je na výtlaku instalován indukční průtokoměr. V prostoru suché jímky ČS je nainstalováno čerpadlo průsakové vody. 7 Přebytečný kal je z ČS vratného kalu čerpán čerpadlem do uskladňovacích nádrží. V prostoru suché ČS je instalováno čerpadlo s plovákem na průsakové vody. 7 - měrný Venturiho žlab slouží k měření a registraci množství vyčištěných OV FUNKCE TECHNOLOGICKÝCH ZAŘÍZENÍ KALOVÉHO HOSPODÁŘSTVÍ Přebytečný a plovoucí kal je čerpán do dvou uskladňovacích nádrží, každá o objemu 400 m 3, vybavených potřebnými potrubními rozvody. Kalová voda je odtahována potrubím opatřeným vzorkovacím kohoutem k možnosti odběru vzorků. Kal v nádržích se smíchá pomocí míchadel a tlakového vzduchu z kompresorové stanice. Míchadla jsou umístěna na otočných stojanech. V prostoru mezi nádržemi jsou umístěny potrubní rozvody, veškeré armatury, měření množství přiváděného kalu do homogenizační nádrže. Homogenizační nádrž s kónickým betonovým dnem slouží k přípravě kalu před odvodněním na odvodňovacím zařízení. Je míchána ponorným míchadlem. Pro obsluhu je instalovaná manipulační lávka. Do 32

33 armaturní komory je přivedena tlaková provozní voda k proplachu potrubí a k napojení mobilní odvodňovací jednotky FUNKCE TECHNOLOGICKÝCH ZAŘÍZENÍ ODVODŇOVÁNÍ KALU Odvodňování stabilizovaného kalu je prováděno na zařízení v mobilním provedení. Odvodňovací jednotka je umístěna na přívěsu za nákladní automobil a je následně vybavena: - pásový lis se šířkou pásu 1000 mm - chemické hospodářství - čerpací technika - kompresor - dopravní zařízení pro odvodněný kal od lisu - elektrorozvody. 7 33

34 3 EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST 3.1 METODIKA STANOVENÍ UKAZATELŮ JAKOSTI ODPADNÍCH VOD METODIKA STANOVENÍ CHEMICKÉ SPOTŘEBY KYSLÍKU Chemická spotřeba kyslíku (CHSK) je hmotnostní koncentrace kyslíku, která je rovna hmotnosti oxidačního činidla, které za daných podmínek spotřebují oxidovatelné látky přítomné v litru vzorku. Pro analýzu odpadních vod se chemická spotřeba kyslíku nejčastěji stanovuje dichromanovou metodou. Z důvodu vyšší intenzity chemické oxidace organických látek dichromanem draselným oproti oxidaci biochemické je stanovená chemická spotřeba kyslíku vždy vyšší než spotřeba biochemická (BSK). 8,9,10 Princip stanovení CHSK Cr Chemikálie: voda, H 2 SO 4 koncentrovaná a zředěná v poměru 1:1, HgSO 4, K 2 Cr 2 O 7, 11 AgSO 4, CHSK Cr. Přístroje a pomůcky: vzorkovnice z PE pro odběr vzorků, síto s průměrem ok 1 a 2 mm pro odběr vzorků, homogenizátor T-25 Ultra-Turrax s dispergačním nástrojem S 25 NK-19G, zkumavky z borosilikátového skla se šroubovacím uzávěrem, dávkovací pipety 0,1-0,5 ml, skleněné pipety třídy K a A, odměrné baňky 100 a 50 ml, ředící válce 100 a 1000 ml, termoreaktor, spektrofotometr HACH DR/4000, destilační přístroj DP 1500, digitální byreta Brand. 11 Principem stanovení CHSK Cr je oxidace organických látek ve zkoumaném a správně naředěném homogenizovaném vzorku dichromanem draselným v prostředí koncentrované kyseliny sírové za přítomností síranu rtuťnatého, který odstraňuje rušivý vliv chloridů a síranu stříbrného jakožto katalyzátoru. Odpadní voda je po dobu dvou hodin při teplotě 148 o C +/- 3 o C zahřívána ve varné baňce pod zpětným chladičem na varném hnízdě za současné redukce části dichromanových iontů na ionty chromité oxidovatelnými látkami. Zbytkové množství dichromanu se stanoví titrací síranem diaminno-železnatým za přítomnosti ferroinu pomocí digitální byrety

35 Podstatou stanovení CHSK Cr jsou reakce: - oxidace organických látek: Cr 2 O e H + 2 Cr Fe H 2 O - titrace dichromanu síranem diaminno-železnatým: Cr 2 O Fe H + 2 Cr Fe H 2 O Přítomné chloridy se jednak oxidují na elementární chlor, čímž se zvyšuje spotřeba dichromanu, a jednak uvolněný chlor může reagovat s organickými látkami a tím zkreslovat výsledky CHSK Cr. Proto se vliv chloridů eliminuje přídavkem síranu rtuťnatého, přičemž dochází ke vzniku stabilních chlorortuťnatanů. 8,10 Hodnota CHSK Cr se vypočítá podle rovnice: kde V 1 je spotřeba síranu diaminno-železnatého na slepé stanovení v ml, V 2 je spotřeba síranu diaminno-železnatého při titraci zkoušeného objemu vzorku v ml, V 0 je zkoušený objem vzorku před ředěním v ml, 8000 je molární hmotnost poloviny O 2 v mg/l, f je přepočítávací faktor zjištěný z opětovného titrování dichromanu draselného a vypočítá se podle rovnice: kde V f je spotřeba odměrného roztoku v ml a c je normalita dichromanu draselného METODIKA STANOVENÍ BIOCHEMICKÉ SPOTŘEBY KYSLÍKU Biochemická spotřeba kyslíku (BSK n ) je hmotnostní koncentrace rozpuštěného kyslíku spotřebovaného za stanovených podmínek biochemickou oxidací organických látek ve vodě. Biochemická spotřeba kyslíku (BSK 5 ) je tedy takové množství kyslíku v mg/l znečištěné vody, které se spotřebuje na biochemický rozklad organických látek přítomných ve vodě za pět dní při teplotě 20 o C a ve tmě (aby se vyloučil vliv fotosyntézy). 9,12 35

36 Princip stanovení BSK 5 Chemikálie: voda, KH 2 PO 4, K 2 HPO 4, Na 2 HPO 4.7H 2 O, NH 4 Cl, MgSO 4.7H 2 O, CaCl 2, CaCl 2.2H 2 O, FeCl 3.6H 2 O, HCl nebo H 2 SO 4, NaOH, Na 2 SO 3, glukóza, kyselina glutamová, ATM. 11 Přístroje a pomůcky: inkubační lahvičky, nádoba na zřeďovací vodu, inkubátor, vybavení ke stanovení koncentrace rozpuštěného kyslíku, chladničky, nádoba k ředění, provzdušňovací zařízení. 11 Podstatou zkoušky je zjištění množství kyslíku spotřebovaného mikroorganismy při aerobních biochemických pochodech z rozdílu obsahu rozpuštěného kyslíku před a po pětidenní inkubaci vzorku při teplotě 20 o C +/- 1 o C za nepřístupu vzduchu a světla. Do stanovení BSK n je zahrnut jednak kyslík spotřebovaný ke karbonizaci (biochemický rozklad organických látek) a jednak kyslík spotřebovaný při nitrifikaci (biochemická oxidace amoniakálního dusíku a dusitanu na dusičnany). Vzorek odpadní vody se ředí tzv. ředící vodou, která obsahuje hexahydrát chloridu železitého, chlorid vápenatý, heptahydrát síranu hořečnatého a směs fosfátů (dihydrogenfosforečnan draselný, hydrogenfosforečnan draselný, heptahydrát hydrogenfosforečnanu sodného a chlorid amonný). Před inkubací vzorku je nutné ke vzorku přidat allylthiomočovinu, která zabraňuje nitrifikačním procesům. Rozpuštěný kyslík je poté měřen pomocí mikroprocesorového digitálního Oximetru. 12 Hodnota BSK 5 se vypočítá podle rovnice: {(BSK 0,vz BSK 5,vz ) x SL. [(V řed.vz 1)/V řed.vz ]}. V řed.vz kde BSK 0,vz je koncentrace kyslíku naměřená nultý den v mg/l, BSK 5,vz je koncentrace kyslíku naměřená po pěti dnech v mg/l, x SL je průměrná hodnota slepého vzorku a V řed.vz je použitý objem vzorku zkoumané vody METODIKA STANOVENÍ AMONIAKÁLNÍHO DUSÍKU Amoniakální dusík je v odpadní vodě přítomen ve dvou formách. Jedná se o amonný kation NH 4 + a o nedisociovanou molekulu amoniaku NH 3. Celkový amoniakální dusík je pak 36

37 souhrn obou těchto forem., mezi kterými se ustavuje rovnováha, která je závislá na hodnotě ph. Amoniakální dusík v odpadních vodách se stanovuje odměrnou metodou po destilaci. 13,14 + Princip stanovení N-NH 4 Chemikálie: voda, citronan trisodný, salicylan sodný, nitroprusid sodný, NaOH, dihydrát dichlorisokyanurathanu, ethanol, N-NH Přístroje a pomůcky: zkumavky se šroubovacím uzávěrem, dávkovací pipety 0,1 a 0,5 ml, skleněné pipety třídy A a K, odměrka na práškové činidlo, spektrofotometr HACH DR/4000, destilační přístroj DP 1500, digitální byreta Brand. 11 V daném zkoušeném objemu se hodnota ph upraví pomocí žíhaného oxidu hořečnatého na hodnotu 6,0 7,4. Uvolněný amoniak je destilován v destilačním přístroji a v předloze zachycen do roztoku kyseliny borité s indikátorem. Amoniakální dusík v destilátu se stanoví titrací odměrným roztokem kyseliny chlorovodíkové v prostředí kyseliny borité s indikátorem pomocí digitální byrety Hodnota N-NH 4 se vypočítá podle rovnice: kde V 1 je spotřeba odměrného roztoku kyseliny chlorovodíkové k titraci v ml, V 2 je spotřeba odměrného roztoku kyseliny chlorovodíkové na slepý pokus v ml, V 0 je zkoušený objem vzorku v ml, c je přesná koncentrace odměrného roztoku kyseliny chlorovodíkové použité k titraci v mol/l a 14,01 je atomová hmotnost dusíku v g/mol METODIKA STANOVENÍ CELKOVÉHO FOSFORU Sloučeniny fosforu patří mezi látky, které výrazně ovlivňují eutrofizaci vod, proto na čistírnách odpadních vod dochází k jejich chemickému či biologickému odstraňování. Celkový fosfor je dán součtem rozpuštěného a nerozpuštěného fosforu, které se dále dělí na fosfor vázaný anorganicky (orthofosforečnany a polyfosforečnany) a organicky

38 Princip stanovení P celk. Chemikálie: voda, H 2 SO 4, K 2 S 2 O8, molybdenan amonný, kyselina askorbová, NaOH, PO Přístroje a pomůcky: vzorkovnice z PE, síta s průměrem ok 1 a 2 mm, homogenizátor Ultra Turax, zkumavky se šroubovacím uzávěrem, skleněné pipety 0,1-5 ml třídy A a K, dávkovače 0,2, 0,75 a 1 ml, odměrné baňky třídy A a K, termoreaktor, spektrofotometr HACH DR/ Sloučeniny obsahující organicky vázaný fosfor lze mineralizací peroxodisíranem draselným převést na orthofosforečnany, které reagují s kyselinou askorbovou a s roztokem molybdenanu, který obsahuje hemihydrát vinanu antimonyldraselného, tetrahydrát heptamolybdenanu amonného a kyselinu sírovou, za vzniku komplexu molybdenové modře. Koncentrace přítomných orthofosforečnanů tohoto komplexu se stanová po změření absorbance ve spektrofotometru při 700 nm. 15 Hodnota P celk. se vypočítá podle rovnice: kde A je absorbance zkoušeného objemu vzorku, A 0 je absorbance slepého stanovení, V max je objem odměrné baňky v ml, f je směrnice kalibrační křivky ABS na ose y proti obsahu fosforu na ose x v l/mg a V s je skutečný zkoušený objem vzorku v ml METODIKA STANOVENÍ NEROZPUŠTĚNÝCH LÁTEK Nerozpuštěné látky jsou definovány jako tuhé látky, které se dají za určitých podmínek odstranit filtrací nebo odstředěním. K nerozpuštěným látkám ve vodách řadíme například hlinitokřemičitany, hydratované oxidy kovů (železa, manganu, hliníku), fytoplankton, zooplankton, organické zbytky odumřelých organismů, tuky, oleje, aj. 8,16 38

39 Princip stanovení NL Chemikálie: voda, celulóza, kalibrační suspenze. 11 Přístroje a pomůcky: zařízení pro vakuovou nebo tlakovou filtraci, filtry z borosilikátových skleněných vláken, sušárna, analytické váhy, podložka. 11 Vzorek odpadní vody se filtruje přes filtry z borosilikátovch skelných vláken pomocí zařízení pro vakuovou filtraci. Filtr se suší po dobu dvou hodin při teplotě 105 O C a hmotnost látek zadržených na filtru se stanoví vážením. 16 Hodnota NL se vypočítá podle rovnice: kde a je hmotnost filtru před filtrací v mg, b je hmotnost filtru po filtraci v mg a V je objem vzorku v ml VYHODNOCENÍ TECHNOLOGICKÉHO PROCESU ČOV BUČOVICE V následující části jsou shrnuty získané experimentální údaje na přítoku i na odtoku ČOV Bučovice. Hodnoty jednotlivých ukazatelů jakosti odpadních vod na přítoku a odtoku ČOV Bučovice se zjišťují z rozboru 24- hodinového směsného vzorku, který je odebírán automatickým vzorkovačem ISCO GLS, Morava 99. Poté se vzorek cedí přes síto, které zachytí částice větší než 1 mm a provede se homogenizace mechanickým míchacím zařízením. Pokud venkovní teplota přesáhne 10 o C, provádí se chlazení ledem. Při přepravě se odebrané vzorky uloží do chladicího boxu, jehož teplota je monitorována. 39

40 Hodnoty z rozhodnutí Městského úřadu Bučovice pro ukazatele jakosti odpadních vod na odtoku ČOV Bučovice jsou následující: Tabulka č.1: Ukazatel p [mg/l] CHSK Cr 50 BSK 5 20 NL 20 + N-NH 4 10 P celk. 1,5 40

41 Tabulka č. 2: Hodnoty ukazatelů na přítoku ČOV Bučovice: Datum BSK 5 mg/l CHSK Cr mg/l NL mg/l P celk. N-NH 4 + mg/l mg/l ,2 47, ,2 41, ,4 53, ,4 68, ,6 66, ,4 30, ,8 62, ,1 51, ,2 67, ,4 56, ,6 58, ,0 48,75 průměr ,8 54,30 41

42 Tabulka č. 3: Hodnoty ukazatelů na odtoku ČOV Bučovice: Datum BSK 5 mg/l CHSK Cr mg/l NL mg/l P celk. N-NH 4 + mg/l mg/l ,80 8, ,20 6, ,80 34, ,10 2, ,70 1, ,85 0, ,60 0, ,50 0, ,80 0, ,1 0, ,05 1, ,70 1,63 průměr ,10 4,75 42

43 Účinnost % Tabulka č. 4: Koncentrace CHSK Cr na přítoku a odtoku ČOV Bučovice: Datum Přítok CHSK Cr mg/l Odtok CHSK Cr mg/l Účinnost % , , , , , , , , , , , ,19 Graf č 1: Účinnost odstraňování CHSK Cr v závislosti na datu odběru: Datum 43

44 Účinnost % Tabulka č. 5: Koncentrace BSK 5 na přítoku a odtoku ČOV Bučovice: Datum Přítok BSK 5 mg/l Odtok BSK 5 mg/l Účinnost % , , , , , , , , , , , ,30 Graf č. 2: Účinnost odstraňování BSK 5 v závislosti na datu odběru: Datum 44

45 Účinnost % Tabulka č. 6: Koncentrace N-NH + 4 na přítoku a odtoku ČOV Bučovice: Datum + Přítok N-NH 4 mg/l + Odtok N-NH 4 mg/l Účinnost % ,34 8,30 82, ,73 6,30 84, ,21 34,18 35, ,68 2,30 99, ,20 1,20 98, ,50 0,15 99, ,20 0,10 99, ,26 0,35 99, ,44 0,98 98, ,24 0,39 99, ,09 1,11 98, ,75 1,63 96,66 Graf č. 3: Účinnost odstraňování N-NH 4 + v závislosti na datu odběru: Datum 45

46 Účinnost % Tabulka č. 7: Koncentrace P celk. na přítoku a odtoku ČOV Bučovice: Datum Přítok P celk. mg/l Odtok P celk mg/l Účinnost % ,2 0,80 88, ,2 1,20 88, ,4 0,80 91, ,4 1,10 94, ,6 3,70 78, ,4 0,85 86, ,8 0,60 94, ,1 0,50 91, ,2 0,80 95, ,4 1,1 86, ,6 1,05 84, ,0 0,70 93,00 Graf č. 4: Účinnost odstraňování P celk. v závislosti na datu odběru: Datum 46

47 Účinnost % Tabulka č. 8: Koncentrace NL na přítoku a odtoku ČOV Bučovice: Datum NL přítok mg/l NL odtok mg/l Účinnost % , , , , , , , , , , , ,38 Graf č. 5: Účinnost odstraňování NL v závislosti na datu odběru: Datum 47

48 Hodnoty z rozhodnutí Městského úřadu Bučovice pro množství odpadních vod na odtoku ČOV Bučovice jsou následující: - roční povolené množství m 3 - měsíční průměrné množství m 3 Tabulka č. 9: Měsíční množství vyčištěné vody na ČOV Bučovice: Měsíc Množství m 3 Leden Únor Březen Duben Květen Červen Červenec Srpen Září Říjen Listopad Prosinec Celkem Průměr za měsíc

49 Množství vody v m3 Graf č. 6: Množství vyčištěné vody v závislosti na měsíci roku Měsíc 49