Odpadní vody. Škody způsobené odpadními vodami:

Transkript

1 Odpadní vody Za vodu odpadní je považována veškerá voda, která projde jakýmkoliv výrobním procesem a tímto použitím se změnila její jakost nebo teplota, příp. i jiné vody, odtékající ze sídlišť, obcí, dolů, závodů a dalších objektů, které jsou vypouštěny do vod povrchových (recipientů) a mohou ohrozit jakost těchto vod. Obvykle se rozdělují na odpadní vody městské (splaškové) a průmyslové (do kterých se většinou zahrnují i odpadní vody ze zemědělských závodů). Odpadní vody nezamořují jen povrchové toky, do kterých se převážně vypouští, ale v současné době znečišťují také moře (Baltské, Středozemní, Severní). Proto je nutné, v zájmu zachování životních podmínek a života vůbec, aby se tato problematika řešila v celosvětovém měřítku. Škody způsobené odpadními vodami: Zhoršení životního prostředí Znečištěná voda se nedá použít pro úpravu vody pitné Omezení využití vod pro rekreaci Likvidace života v řekách a mořích Znemožnění rybolovu Epidemiologické závady vlivem přítomnosti patogenních organismů - virů, bakterií, protozoí, červů aj. Článek o znečištění vody -

2 Kvalita a množství odpadních vod Znečištění splašků je závislé na způsobu života obyvatel, životní úrovni a technické vybavenosti domácnosti i obce. V odpadních splaškových vodách jsou látky rozpuštěné i nerozpuštěné. Nerozpuštěné látky jsou jednak sunuté po dně stok (písek, škvára, hlína), jednak unášené a plovoucí (papír, hadry a především jemný kal vznikající rozmělněním různých organických zbytků a výkalů. Kvalita odpadních látek je poměrně stálá, např. u BSK5 se pohybuje přibližně v rozmezí g/osobu/den. Koncentrace BSK5 bývá mg.l -1. Nerozpuštěných látek je asi 90 g/osobu/den. Ve splašcích bývá až 20 mg.l -1 tuků. Množství odpadních vod tzv. specifická spotřeba vody je v ČR asi 100 l na osobu a den. Naproti tomu v Ugandě si musí každý člověk průměrně vystačit se sto litry životodárné tekutiny až čtrnáct dní. Dnes už naštěstí míří převážná část kanalizační vody - v České republice je to zhruba 95 % - do čistíren odpadních vod, a může tak být znovu použita. Kvalita odpadních vod se klasifikuje pomocí několika ukazatelů. Organické znečištění se hodnotí biochemickou spotřebou kyslíku za 5 dní (BSK5). Je to rozdíl obsahu kyslíku ve vodě v mg.l -1 v okamžiku odebrání vzorku a za 5 dní. Čím bude tato hodnota větší, tím je voda více znečištěna organickými látkami, protože se kyslík spotřeboval biochemickými procesy samočištění vody. Pětidenní interval stanovili ve Velké Británii, kde doba, za kterou voda teče od pramenu až do moře, je maximálně 5 dní a britští vědci byli prvními na světě, kteří se touto problematikou zabývali. BSK5 je mírou obsahu organických látek těch biologicky rozložitelných oproti CHSK (chemická spotřeba kyslíku), kde se organické znečištění stanovuje titrací chemickým oxidovadlem, a které oxiduje i látky biologicky nerozložitelné. Platí, že BSK5 < CHSK. Z organických látek se nejčastěji věnuje pozornost těm skupinám organických látek, které významným způsobem ovlivňují jakost a chování vody. Jsou to zejména ropa a ropné látky, fenoly a tenzidy. Voda se dále klasifikuje podle množství nerozpuštěných látek, ph, obsahu dusíku a fosforu a jiných parametrů.

3 Podle chování organických látek ve vodě a schopnosti mikroorganismů využívat tyto látky jako zdroj energie a transformovat je na látky jednodušší, dělíme organické látky na lehce nebo obtížně rozložitelné a nerozložitelné, biochemicky stabilní a rezistentní. První informaci o zastoupení rozložitelných a nerozložitelných látek poskytuje poměr BSK5 : CHSKcr, který je u dobře rozložitelných látek asi 0.4 až 0.7, u obtížně rozložitelných 0.25 až 0.4. Průmyslové podniky produkují odpadní vody, které obsahují různé druhy závadných látek. Porovnáme-li průmyslové odpadní vody s městskými odpadními vodami, učiníme si představu o jejich škodlivosti. Hovoří se o tzv. populačních ekvivalentech znečištění, kde se srovnává účinek odpadních vod vzniklých při zpracování určitého množství suroviny nebo produktu se znečištěním konkrétního počtu obyvatel za 1 den. Populační ekvivalent, resp. ekvivalentní počet obyvatel: E = BSK5. Q / 60, kde hodnota BSK je v g/m 3, Q = spotřeba vody (m 3 ) za den, 60 = specifické množství Populační ekvivalent je množství znečištění, které je stejné, jako znečištění tohoto druhu produkované denně jednou osobou. Jedna osoba vyprodukuje za den znečištění rovnající se: BSK5-60 g na obyvatele a den NL - 55 g na obyvatele a den Ncelk - 12 g na obyvatele a den Pcelk g na obyvatele a den

4 Srovnání znečišťující síly různých odpadních průmyslových vod Producent BSK5 g. m -3 EO Populační ekvivalent Suspendované látky g. m -3 Prádelna ,3 16,7 200 Koželužna ,7 33, Mlékárna , Pivovar ,2 90 Drůbežárna ,3 13, Jatka ,7 800 Rezistentní organické látky Zatímco rozložitelné organické látky se ve vodním prostředí postupně převádějí na jednodušší sloučeniny, při úplném rozkladu až na anorganické sloučeniny (CO2, H2O, NH4 +, aj.) a negativně mohou působit pouze při vyšších koncentracích především ovlivněním kyslíkové bilance, rezistentní sloučeniny se nemění. Mohou se akumulovat v sedimentech a prostřednictvím potravního řetězce i ve vodních organismech. Tyto látky mohou mít toxické, karcinogenní, mutagenní nebo teratogenní (embryotoxické) účinky.

5 Čistírna odpadních vod obecné schéma Nejčastějším typem používaných ČOV v ČR je mechanicko - biologická čistírna odpadních vod. Velké čistírny kombinují většinou všechny dostupné čisticí procesy. Patří sem mechanické, biochemické a chemické procesy. Vypouštění odpadních vod do řek se řídí legislativou konkrétně Zákonem O vodách a Zákonem o vodovodech a kanalizacích pro veřejnou potřebu. Povolení k vypouštění vydává Vodoprávní úřad, což je speciální stavební úřad při odborech životního prostředí místně příslušných Městských úřadů s rozšířenou působností. V rámci čistírny jsou zřizovány další objekty na likvidaci vzniklých kalů a látek jako jsou kalová a plynová hospodářství. Čištění městských odpadních vod zahrnuje odstranění nebo snížení koncentrace a) hrubých nečistot, b) suspendovaných částic, c) koloidních a biologicky rozložitelných látek, d) nutrientů sloučenin dusíku a fosforu, e) patogenních organismů

6 Čistírna odpadních vod Vsetín Česle Lapák písku Lapák štěrku Usazovací nádrž Vyhnívací nádrž Uskladňovací nádrž Dosazovací nádrž Plynojem Aktivace e

7 Mechanické čištění tam, kde není kanalizace Septik se zemním filtrem Při mechanickém čištění odpadních vod se odstraňují nerozpuštěné látky a probíhají tu i anaerobní procesy. Účinnost odstranění nežádoucích organických látek je zde 25 až 30 %. Tam, kde není kanalizace nebo při obytných objektech či rekreačních zařízeních, splaškové vody před vypouštěním do kanalizace, které ústí do řeky, procházejí septikem. Princip činnosti septiku je založen na skutečnosti, že většina nečistot v odpadních vodách má rozdílnou hustotu vůči vodě. Těžší nečistoty klesají ke dnu, kde se usazují, lehčí nečistoty stoupají nahoru, kde jsou zadrženy tzv. norným prknem, které zasahuje asi 5 až 30 cm pod hladinu. Septikem projde jen voda s nečistotami, které se ve vodě vznášejí. Zadržené nečistoty se vyvezou fekálním vozem. Všechen kal se však nesmí odčerpat, aby se neodstranily všechny anaerobní bakterie, které částečně kal rozkládají. Vyčištěná voda Biologický septik Lehký kal Pevné částice

8 Mechanické (primární) čištění na ČOV Při čištění městských odpadních vod je třeba z nich odstranit především hrubé, makroskopické látky, jejichž přítomnost by mohla vést v dalších stupních čištění k mechanickým závadám a zanášení objektů a zařízení ČOV. Jedná se o vznášené částice, o částice sunuté po dně stoky (štěrk, písek) a látky plovoucí. Odpadní voda je na ČOV přiváděna hlavní stokou ze stokové sítě. Na jejím konci je umístěn lapák štěrku. Ten zachycuje nejhrubší nerozpuštěné látky (například štěrk, dlažební kostky, kusy cihel, ), uplatňuje se především při zvýšeném průtoku odpadních vod. Přiváděcí stoka Revize lapače štěrku na ČOV VM Strojně stírané česle na ČOV Vsetín Odtok k česlím Pro zachycení a odstranění hrubých plovoucích nečistot slouží česle. Česle bývají s ručním nebo strojovým shrabováním naplavenin tzv. shrabky, alternativou česlí jsou buď síta, anebo mělnící česle a dezintegrátory, které se někdy používají na malých ČOV.

9 Provzdušňovací potrubí Napouštění lapače písku na ČOV VM po jeho revizi Následuje lapák písku, u ČOV bez usazovacích nádrží bývá uspořádán i pro zachycení tuků. Jeho cílem je oddělení minerálních suspenzí (písek) od organických nerozpuštěných látek, organické je výhodné v odpadní vodě nechat. Separace se děje na základě rozdílných hustot obou materiálů, využívá se buď gravitační anebo odstředivá síla, která vyvolá rotační pohyb vody vtékající tangenciálně do kruhové nádrže s kónusovým dnem. Písek se při vířivém pohybu shromažďuje na dně ve středu lapáku, kde je umístěna jímka. Odstraněním písku se jednak zabrání jeho usazování na nežádoucích místech a jednak se sníží abraze případných následujících zařízení. Lapáky písku se provzdušňují. Posledním zařízením pro mechanické čištění je usazovací nádrž. Zde probíhá usazování jemných nerozpuštěných látek a stírání plovoucích nečistot z povrchu nádrže (tuky). Suspenze je přiváděna do uklidňovacího válce ve středu nádrže (zpravidla dutým sloupem, který nese konstrukci stíracího zařízení) odkud postupuje k obvodu, kde je umístěn přepadový žlab pro odvádění vody zbavené usaditelných látek. Na dno sedimentuje tzv. surový (primární) kal, který je na dně shrnován do středu nádrže stíracím zařízením, odkud je odváděn potrubím (odčerpáván) do anaerobního stupně. Primární kal, je dále zpracováván v kalovém hospodářství. Stírací lišta tuků Stírací lišta kalu Revize usazovací nádrže na ČOV VM

10 Biologické čištění aktivační proces Odsazená voda z usazovací nádrže Aktivační směs Vyčištěná voda Recyklovaný kal Stlačený vzduch nebo čistý kyslík Dosazovací nádrž Recyklovaný kal Přebytečný kal Aktivace je dnes nejpoužívanějším způsobem biologického čištění odpadních vod a spočívá ve vytvoření aktivovaného kalu v provzdušňované aktivační nádrži. Celý proces se skládá z biologické jednotky (aktivační nádrž) a jednotky separační (dosazovací nádrž). Surová nebo odsazená odpadní voda přitéká do aktivace, ve které se mísí s recirkulovaným (vratným) kalem. Směs se intenzivně provzdušňuje tlakovým vzduchem nebo mechanickými aerátory. Recirkulací se dosahuje vyšší koncentrace biomasy v biologickém reaktoru. Po projití směsi aktivační nádrží se aktivovaný kal separuje od vyčištěné vody v separační nádrži (dosazovací nádrži). Zahuštěný aktivovaný kal se recirkuluje zpět na začátek aktivační nádrže. Odstraňování nerozpuštěných a rozpuštěných organických látek má za následek tvorbu nové biomasy, která se ze systému musí periodicky odstraňovat ve formě přebytečného aktivovaného kalu.

11 1 1) Aktivační nádrž s mechanickým aerátorem na čistírně odpadních vod Babice 2) Aerace jemnou bublinou na čistírně odpadních vod ve Valašském Meziříčí 3) Biologický reaktor při revizi a výměně špatných provzdušňovacích elementů na dně nádrže na čistírně odpadních vod ve Valašském Meziříčí Pracovník provádějící výměnu elementů 2 3

12 Aktivovaný kal Aktivovaný kal je směs vloček obalených a prostoupených mikroorganizmy v odpadní vodě při procesu čištění odpadních vod. Kromě různých druhů bakterií mohou být v aktivovaném kalu přítomny v menším množství také houby, plísně a kvasinky. Z vyšších mikroorganismů jsou také pravidelnou součástí aktivovaného kalu různá protozoa, vířníci a hlístice. Aktivovaný kal se vyznačuje schopností oddělovat se od kapalné fáze prostou sedimentací. Dobrá flokulace a sedimentace vloček kalu je jednou z nejcennějších vlastností této přirozené směsné kultury. Poprvé byl aktivovaný kal použit při čištění odpadních vod v Manchesteru roku Složité procesy, které probíhají v aktivaci lze zjednodušeně znázornit takto: Corg + O2 Norg + 4H + CO2 dekarbonizace NH4 + deaminace Porg + 2 O2 + 3 e - PO4 3- NH O2 NO3 - + H2O + 2H + (nitrifikace) 5Corg+4H + +4 NO3-5CO2 + 2H2O + 2N2 (denitrifikace)

13 Přisedlý nálevník r. Vorticella na vločce aktivovaného kalu Vločky aktivovaného kalu a organismy, které svými metabolickými pochody mineralizují organickou hmotu. Hydrobiologické rozbory jsou pravidelně stanovovány laboratoří vodovodů a kanalizací Vsetín, a.s. v rámci technologických kontrol námi provozovaných čistíren odpadních vod. Kryténka r.euglypha Vířník r. Rotaria Měňavka Spirochety (spirálovité bakterie) Želvuška Nálevníci

14 Na jedné straně se při aerobních procesech odstraňují z vody škodlivé organické látky, ale na druhé straně se biogenní prvky, jako jsou dusík a fosfor, přeměňují na anorganické sloučeniny, které potom ve vodních tocích způsobují enormní růst řas (mají hnojivý účinek). Přemnožení řas ve vodních tocích způsobuje úbytek kyslíku, který je potřebný pro aerobní děje při samočištění vody i při dýchání živočichů. Řasy pak odumírají a hnijí, přičemž znovu vznikají jedovaté organické zplodiny. Tento proces se nazývá eutrofizace a byl příčinou ekologických katastrof v Severním moři v r a ve Středozemním moři v r Proto se v současnosti budují aktivační nádrže, ve kterých se může odstranit 60 až 90 % organického dusíku jeho biochemickou přeměnou na vzdušný dusík. Eutrofizace

15 Principy biologického odstraňování dusíku Zvětšením objemu aktivačních nádrží a jejich rozdělením na dvě části (nitrifikační a denitrifikační) se vytvoří vhodné podmínky pro vznik nitrifikačních bakterií. Ty v nitrifikační části, za současného přivádění vzduchu, dekarbonizace, deaminace a přeměny organického fosforu na anorganický, přeměňují amonné ionty na dusičnanové Nitrifikace Vzniklé ionty NO3 - s části vyčištěné vody a aktivovaného kalu (aktivovaná směs) recirkulují, tj. přivádějí se zpět do denitrifikační nádrže, kde se nepřivádí vzduch a voda se jen mechanicky promíchává. Je zde tzv. anoxické prostředí. Kyslík potřebný na biochemické procesy, tu dávají ionty NO3 -, které se tím mění na vzdušný dusík. Denitrifikace

16 Odstraňování dusíku na ČOV Vsetín Po primární sedimentaci je směs odpadních vod a aktivovaného kalu přivedena do rozdělovacího objektu biologického stupně ČOV. Ten je navržen jako čtyř-linkový proces tzv. Ds-D-N systém, tedy na bázi aktivace s postupným tokem s nitrifikací a s předřazenou denitrifikační (anoxickou) zónou. Interní recirkulace kalu je zavedena z nitrifikace do denitrifikace. Do selektoru je zaústěna směs předčištěné odpadní vody a vratného kalu. Anoxické zóny jsou homogenizovány ponornými míchadly. Pro vytvoření nitrifikačních (oxických) zón jsou nádrže vybaveny a provzdušňovány jemnobublinným odstupňovaným aeračním systémem. Zvýšené odstraňování fosforu je posíleno chemickým srážením fosforu. Denitrifikační zóna Nitrifikační zóna Denitrifikační nádrže jsou osazeny reaktorem s provzdušňovacími elementy (aerační rošty s jemnobublinnými elementy s pružnou membránou, které je možno použít k provzdušňování při teplotě vody pod C. Aby byla zachována určitá anoxická zóna, je vyčleněn z anoxického reaktoru anoxický selektor, který je vždy využíván jako anoxický a není vybaven provzdušňovacími elementy, ale pouze mícháním. Celková velikost tohoto selektoru činí cca 8,5% celkového objemu, tj. 410m 3.

17 Odstraňování fosforu Zásobník na železitou sůl - Fe2(SO4)3 pro chemické srážení fosforu na ČOV VM Při chemickém odstraňování fosforu se využívá zejména srážení. Při srážení se převádí rozpuštěný anorganický fosfor na málo rozpustné fosforečnany kovů a současně probíhá tvorba hydroxidů kovů. Vznikají vločky, které tyto fosforečnany váží a současně dochází i k odstranění organických látek s nerozpuštěnými látkami. Tento proces se nazývá koagulace a přidané chemické látky jsou koagulanty. Koagulantem mohou být soli železa a hliníku nebo vápno. Železitá sůl je dávkována na odtoku z aktivačních nádrží. Na klasické biologické čistírně odpadních vod dochází k určitému snížení obsahu fosforu díky činnosti biomasy a adsorpci na vločky aktivovaného kalu. Fosfor je odváděn s přebytečným kalem. Navodí-li se vhodné podmínky a technologické uspořádání systému, je možno dosáhnout zvýšeného biologického odstraňování fosforu pomocí tzv. poly P bakterií převážně z rodu Acinetobacter, schopných akumulovat polyfosforečnany.

18 Anaerobní biologické čištění Anaerobní rozklad organické hmoty probíhá v přírodě samovolně, zejména na dnech rybníků, v močálech apod. Svými konečnými produkty methanem a CO2 se účastní atmosférického uhlíkového cyklu. Celý proces vyžaduje součinnost mnoha bakteriálních skupin. Skládá se ze čtyř mikrobiálních souborů biochemických reakcí hydrolýzy, acidogeneze, autogeneze a methanogeneze. Hydrolýza spočívá v rozkladu rozpuštěných i nerozpuštěných látek (polysacharidů, lipidů, proteinů) na nízkomolekulární látky pomocí hydrolytických enzymů. Produkty hydrolýzy se během acidogeneze přeměňují na jednoduché organické látky (kyseliny, alkoholy, CO2 a vodík). V dalším stadiu, autogenezi, dochází k přeměně látek na octovou kyselinu, CO2 a vodík. V posledním stadiu, metanogenezi, se látky přeměňují na methan a CO2. Pro tyto procesy je vhodná teplota 30 až 60 0 C, ph 6,5 až 7,5, vyšší koncentrace toxických látek není vhodná.

19 Vyhnívací nádrž na ČOV VM Uskladňovací nádrž na ČOV Zubří Plynojem na ČOV Zubří Bioplyn obsahuje % CH4 a % CO2 menší množství H2, N2 a H2S. Odpadní voda přitékající na čistírnu odpadních vod je během procesu čištěna a na odtoku z ČOV je obsah znečišťujících látek podstatně snížen. Tyto látky, které se během procesu odstranily, jsou kumulovány v tzv. čistírenských kalech. Kal je směs vody a pevných látek, oddělená z odpadní vody různými způsoby. Kaly tvoří cca 1 až 2 % objemu čištěných odpadních vod, obsahují však 50 až 80 % původního znečištění a musí být stabilizovány. Obecně lze říci, že ve stabilizovaném kalu již neprobíhají intenzivní biologické pochody, které by způsobovaly senzorické a hygienické problémy. Stabilizovaný kal je nepáchnoucí a lze jej snadno odvodnit. Anaerobní stabilizace kalu, někdy také označovaná jako metanizace nebo vyhnívání, probíhá ve vyhnívacích nádržích v anaerobních podmínkách prostřednictvím mikroorganismů, které rozkládají biologicky rozložitelné organické látky obsažené v surovém kalu. Při těchto procesech je uvolňován bioplyn a odtahována kalová voda. Sítopásový lis na ČOV Vsetín Práce lisu na videu - Principem je pohyb kalu na nekonečném sítu, které je vedeno přes nosné válce. Na sítu zůstávají vločky kalu aglomerované díky flokulaci, zatímco voda je prolisována přes síto a odváděna. Zahuštěný kal bývá na pásu překlápěn radličkami a na konci procesu odpadává.

20 Nakládání s kaly Důležitou charakteristikou kalů je mimo jiné hygienické hledisko. Kal je vlastně odpad z čistírny, se kterým se musí nakládat podle zákona o odpadech. Ten považuje odpad, který má alespoň jednu nebezpečnou vlastnost, za nebezpečný a jako s takovým se musí nakládat. Většina surových kalů produkovaných na ČOV má alespoň jednu nebezpečnou vlastnost infekčnost. Ta je způsobena patogenními mikroorganismy. Zdrojem těchto organismů jsou exkrementy nemocných lidí a zvířat. Při čištění odpadních vod a zpracování kalů je značná část těchto organismů zneškodněna, pokud ale není zajištěna dokonalá hygienizace, malé procento jich v kalu zůstává. Při využití kalu např. v zemědělství by tyto patogeny mohly znovu způsobit onemocnění lidí nebo zvířat. Mezi patogenní organismy v odpadních vodách a kalech patří zejména viry (hepatitida A), bakterie (Salmonela, Escherichia coli), protozoa, parazitičtí červi. Kal také často vlivem průmyslu obsahuje některé nebezpečné organické látky (AOX, PCB, NEL) a těžké kovy (Cd, Cr, Cu, Hg, Pb, As, Zn).

21 Zkušený pracovník Roman Kyjovský při odběru odvodněného kalu před jeho analýzou na těžké kovy a organické polutanty. Odvodněný kal na čistírně odpadních vod ve VM Dobře stabilizovaný a maximálně hygienizovaný kal vhodného složení je možno použít v zemědělství jako hnojiva. Kal většinou obsahuje velké množství organických látek, dusíku (2 4 %), fosforu (1 2 %) a vápníku, což jsou látky potřebné k růstu pěstovaných rostlin. Na druhé straně však kaly mohou obsahovat některé nežádoucí složky, jejichž přítomnost tuto možnost využití kalů snižují. Obsah těchto látek je přísně limitován a pravidelně sledován. Na obrázku vlevo dole je čistící vůz Hellmers, který při využití tlaku propláchne potrubí a je schopen stejné množství vody nasát a recyklovat k zpětnému použití. Po naplnění cisterny vytěženými sedimenty jsou tyto odváženy na určenou skládku a pomocí hydraulického pístu vytlačeny z nádoby. Kal je zbaven vody. Kal je zbaven vody.

22 Vypracoval Ing. Michal Vrána, technolog odpadních vod Seznam použité literatury: MALÝ, Josef; MALÁ, Jitka. Chemie a technologie vody. Brno: ARDEC s.r.o., s. ISBN HRANOŠ, Přemysl. Anorganická technologie. Ostrava: PAVEL KLOUDA, s. ISBN HLAVÍNEK, Petr; MIČÍN, Jan; PRAX, Petr. Stokování a čištění odpadních vod. Akademické nakladatelství CERM : VÚT Brno, Fakulta stavební, s. ISBN ČR. Zákon č. 254/2001 Sb. o vodách a o změně některých zákonů (vodní zákon) : V platném znění. In Sbírka zákonů ČR. Nařízení vlády č.23/2011, kterým se mění nařízení vlády č. 61/2003 Sb., o ukazatelích a hodnotách přípustného znečištění povrchových vod a odpadních vod, náležitostech povolení k vypouštění odpadních vod do vod povrchových a do kanalizací a o citlivých oblastech, ve znění nařízení vlády č. 229/2007 Sb.. In Nařízení vlády Aplikovaná hydrobiologie čištění odpadních vod. Dostupné z WWW: <