4.5 Technologie čistění odpadních vod na konci potrubí

Transkript

1 4.5 Technologie čistění odpadních vod na konci potrubí Kapitola 4 Čistění odpadních vod je zpracování na konci potrubí, které je potřebné, protože různé zdroje produkují odpadní vody. Patří k nim voda z čistění vozidel, zařízení, z úklidů provozů a z praní surovin. Odpadní voda vzniká například při odpařování a sušení potravin. ČOV potřebují energii a produkují zbytky, které musí být obvykle likvidovány. Čistění odpadní vody se uplatňuje poté, co operace integrované do procesu snížily na minimum spotřebu a znečistění vody. Kapitola 2 se zabývá zpracovacími jednotkovými operacemi, používanými v průmy slu potravin, nápojů a mléka, ale neobsahuje jednotkové operace, používané v technologiích zpracování na konci potrubí. V následujících oddílech se uvádějí obecné problémy týkající se odpadních vod z FDM a jejich čistění. Nejvíce používané metody čistění jsou pak probrány jednotlivě a potom následují informace o čistění odpadních vod v některých odvětvích FDM. Technologie široce použitelné v sektoru FDM zajišťují ekologické přínosy, jako je minimalizace odpadu a lze jimi dosáhnout některé nebo všechny z následujících výhod pokud jde o nějaký konkrétní proud odpadní vody: snížení objemu snížení koncentrace vyloučení nebo snížení koncentrace určité látky zlepšení vhodnosti pro recyklaci nebo opakované použití. Kapitola 2 se zabývá zpracovacími jednotkovými operacemi, používanými v průmy slu potravin, nápojů a mléka, ale neobsahuje jednotkové operace, používané v technologiích zpracování na konci potrubí. Tento oddíl se tudíž zabývá technologiemi odstraňování znečisťujících látek, které se používají k čistění odpadních vod v sektoru FDM. Tyto technologie obsahují takové, které mohou, ale nemusí být považovány za BAT. Odstavce až včetně popisují technologie obecně používané ve většině odvětví, odstavce až včetně popisují jejich aplikace v některých jednotlivých odvětvích. Existuje mnoho faktorů, které obvykle ovlivňují čistění odpadních vod. Hlavními z nich jsou: objem a složení vypouštěného tekutého odpadu místní situace pokud jde o příjemce vypouštěné vody, např. komunální čistírna odpadních vod (KČOV), řeka, zátoka s ústím řeky, jezero, moře a o všechny použitelné limity ekonomika odstranění znečisťujících látek, včetně např. nebezpečných látek definovaných směrnicí Rady 76/464/EHS [206, EC, 1976] a prioritních nebezpečných látek definovaných směrnicí 2000/60/ES [207, EC, 2000] Vypouštění odpadní vody ze závodu Pokud se zvolí varianta vypouštění, zvažují se četné faktory, včetně následujících, avšak nikoli nutně jen těch: zda je odpadní voda čistá, nebo znečistěná dostupnost vhodného prostoru pro čistění na místě 455

2 blízkost a kapacita kanalizační sítě a ČOV blízkost a charakteristika potenciálních přijímajících vod (vodních recipientů) dostupnost jiných čistících nebo likvidačních zařízení mimo závod (lokalitu) náklady na vnitrozávodní čistění v porovnání s náklady na čistění nebo likvidaci mimo závod relativní účinnost např. založená na snížení zátěže vnitro- a vnězávodního a čistění hodnocení ekologických rizik spojených s každou z variant schopnost provozovat a udržovat vnitrozávodní čistírenské zařízení vyjednání povolení s příslušným úřadem anebo provozovatelem ČOV a pravděpodobné podmínky povolení předvídané trendy objemu a složení odpadních vod blízkost místních obyvatel. Hlavní možnosti pro vypouštění odpadních vod ze závodu jsou: mimo závod, např. do KČOV, bez čistění mimo závod, např. do KČOV, po částečném vyčistění do vodoteče po úplném vyčistění v závodní ČOV opakované použití určitých částí odpadní vody mimo závod, např. jako přívodní proud pro jiný průmysl, nebo pro zavlažování použití na pozemky mimo závod (viz oddíl 4.1.6). [13, Environment Agency of England and Wales, 2000] Tam, kde je pro výrobnu nezbytně nutné, aby byla blízko zdroje svých surovin, tj. v odlehlém místě, nemusí připadat v úvahu žádná jiná alternativa, než provádět úplné čistění a vypouštění do místní vodoteče. Ve většině případů však stojí za úvahu dvě nebo více variant. Likvidace odpadních vod může být důležitým faktorem při volbě staveniště nové výrobny. Uvádí se, že čistění jednotlivých toků odpadní vody v závodě má tyto výhody: větší přizpůsobivost při rozšíření provozu nebo při reakcií na měnící se podmínky; zařízení pro čistění u zdroje jsou přizpůsobeny konkrétním podmínkám a proto normálně fungují dobře; obsluhy výrobních jednotek zachovávají odpovědnější přístup k odpadním vodám tam, kde zodpovídají za jakost svých vlastních výtoků odpadní vody. Uvádí se, že čistění spojené či směsné odpadní vody v závodní nebo externí čistírně má tyto výhody: využívání výhod účinků směšování, jako je teplota a ph; nižší investiční náklady v důsledku ekonomiky většího měřítka; efektivnější využití chemikálií a zařízení a tedy snížení relativních provozních nákladů; ředění některých škodlivin, které se obtížně odstraňují na lokální úrovni, např. emulgovaných tuků, síranů. Tam, kde se odpadní voda zpracovává mimo závod, shora uvedené výhody se uplatní za předpokladu, že: 456

3 čistění, zajištěné v externí ČOV, je stejné, jako by se dosáhlo při čistění emise v místě, pokud jde o zatížení (nikoli koncentraci) vody ve vodním recipientu každou ze znečisťujících látek; je přijatelně nízká pravděpodobnost, že dojde k obtoku čistírny přetečením vody z přívalů nebo z havárie, případně na vložené čerpací stanici; existuje vhodný monitorovací program pro emise do externí ČOV který bere v úvahu možnost inhibice jakýchkoli biologických procesů, které se odehrávají níže po proudu. [13, Environment Agency of England and Wales, 2000] Mimo to, externí ČOV může těžit z toho, že odpadní voda pochází z FDM, např. proto, že je biologicky odbouratelná Používané technologie čistění odpadních vod různých technologií čistění odpadních vod v následujících odstavcích ukazuje, že technologie obvykle po sobě následují, aby se postupně dosahovalo vyšší jakosti odpadní vody. Kvůli povaze používaných surovin a vyráběných produktů jsou odpadní vody z potravinářských závodů v zásadě biologicky odbouratelné. Problém však mohou představovat desinfekční a čistící prostředky, pokud jsou obtížně biologicky odbouratelné. Tabulka 4.44 uvádí popisované technologie čistění odpadních vod, tabulka 4.45 shrnuje jejich typické aplikace v odvětvích FDM. 457

4 Kód Technologie Odstavec Primární čistění T1 Mechanické odlučování česlice a síta Viz odstavec T2 Lapač tuků pro odstraňování FOG a lehkých uhlovodíků Viz odstavec T3 Vyrovnání průtoku a zatížení Viz odstavec T4 Neutralizace Viz odstavec T5 Sedimentace Viz odstavec T6 DAF Viz odstavec T7 Odkláněcí (havarijní) nádrž Viz odstavec T8 Odstřeďování Viz odstavec T9 Srážení Viz odstavec Sekundární čistění T10 Aktivovaný kal Viz odstavec T11 Systémy s čistým kyslíkem Viz odstavec T12 SBR Viz odstavec T13 Aerobní laguny Viz odstavec T14 Zkrápěné filtry Viz odstavec T15 Biologické věže Viz odstavec T16 RBC Viz odstavec T17 BAFF-SBAFF Viz odstavec T18 Intenzivní a ultraintenzivní aerobní filtry Viz odstavec T19 Anaerobní laguny Viz odstavec T20 Anaerobní kontaktní procesy Viz odstavec T21 Anaerobní filtry Viz odstavec T22 UASB (anaerobní kalový mrak s vzestupným tokem) Viz odstavec T23 Reaktory IC Viz odstavec T24 Hybridní UASB Viz odstavec T25 Reaktory s expandovaným / fluidním ložem Viz odstavec T26 EGSB Viz odstavec T27 MBR Viz odstavec T28 Vícestupňový systém Viz odstavec Terciární čistění T29 Biologická nitrifikace a denitri fikace Viz odstavec T30 Odhánění amoniaku Viz odstavec T31 Biologické odstraňování fosforu Viz odstavec T32 Odstraňování nebezpečných a prioritně nebezpečných Viz odstavec látek T33 Filtrace Viz odstavec T34 Membránové technologie Viz odstavec T35 Biologické nitrifikační filtry Viz odstavec T36 Desinfekce a sterilizace Viz odstavec Přirozené čistění T37 Integrované zbudované mokřiny Viz odstavec Čistění kaly T38 Aktivovaný kal Viz odstavec T39 Systémy s čistým kyslíkem Viz odstavec T40 SBR Viz odstavec T41 Aerobní laguny Viz odstavec T42 Zkrápěné filtry Viz odstavec Tabulka 4.44: Některé technologie čistění odpadních vod 458

5 Druh emisí Technologie Rozpustný organický materiál T10, T11, T12, T13, T14, T15, T16, T17, T18, T19, T20, (BSK/ChSK) T21, T22, T23, T24, T25, T26, T27, T32, T37 Celkové suspendované pevné T1, T5, T8, T9, T33, T34, T37 látky (TSS) Kyseliny / zásady T3, T4 Tuky, oleje, mastné látky T1, T2, T5, T6 1, T8 1, T9 (FOG), volné FOG (emulgované) T10, T12, T13, T14, T19, T20, T21, T28 Dusík 2 T10, T11, T12, T13, T14, T15, T16, T29, T30, T35, T37 Fosfor T9, T10, T12, T14, T15, T16, T31, T37 Nebezpečné a prioritní T9, T10, T14, T32 nebezpečné látky 1 Zlepšená pomocí chemikálií 2 Zahrnuje odstraňování amoniaku Tabulka 4.45: Typická použití některých technologií čistění odpadních vod v sektoru FDM [1, CIAA, 2002] Odpadní vody v sektoru FDM mají tyto typické charakteristiky: pevné látky (celkové a jemně rozptýlené či suspendované) nízká a vysoká hodnota ph volné jedlé tuky a oleje emulgované materiály, např. jedlé tuky či oleje rozpustné biologicky odbouratelné organické materiály (BSK) těkavé látky, např. amoniak, organické sloučeniny rostlinné živiny, např. fosfor nebo dusík pathogeny, např. ze splaškových vod těžké kovy, rozpustné biologicky neodbouratelné organické látky. Po vyčistění může být získána voda s jakostí, uvedenou v tabulce V některých oborech je možné dosáhnout nižších úrovní ve vypouštěné vodě. Informace o některých oborech lze nalézt v odstavcích až včetně. Místní podmínky mohou vyžadovat dosažení nižších úrovní emisí. Parametr Koncentrace (mg/l) BSK 5 <25 ChSK <125 TSS <50 ph 6 9 Oleje a tuky <10 Celkový dusík <10 Celkový fosfor <5 Koliformní bakterie 400 MPN/100 ml MPN = nejpravděpodobnější číslo Masný a mlékárenský průmysl Lze dosáhnout lepších úrovní BSK 5 a ChSK. Není vždy možné nebo nákladově efektivní dosáhnout uvedených hladin dusíku a fosforu, kvůli místním podmínkám. Tabulka 4.46: Typická jakost odpadní vody z potravinářského průmyslu po vyčistění [140, World Bank (IBRD) et al., 1998] 459

6 Odpadní vody produkované v různých odvětvích se mohou značně lišit co do složení a úrovní kontaminace a pro jejich čistění je možné použít řadu různých procesů. Přehled některých metod používaných v různých odvětvích je uveden v tabulce Pro čistění silně znečistěných odpadních vod se často používají kombinace procesů. 460

7 Maso Brambory Ovoce a zelenina Rostlinné oleje Mlékárny Škrob Cukrovinky Cukr Pivovary Sladovny Alkoholické a nealkoholické nápoje Primární čistění Česlice a cezení Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Sedimentace Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano DAF Ano Ano Ano Ano Ano Ano Lapače tuků Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Odstřeďování Ano Ano Míchací a vyrovnávací Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano nádrže Srážení Ano Ano Ano Ano Ano Neutralizace Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Sekundární čistění Aerobní čistění Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Anaerobní čistění Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Aktivovaný kal Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Vícestupňový proces Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano s aktivovaným kalem SBR Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Biologické filtry Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Aerobní laguny Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano = metoda čistění používaná v daném sektoru Používá se v Nizozemsku Anaerobní šaržové reaktory Ve spojení s anaerobním čistěním Palírny a lihovar Vína a šumivá vína Tabulka 4.47: Přehled procesů čistění odpadních vod používaných v různých odvětvích [65, Germany, 2002]. 461

8 4.5.2 Primární čistění Kapitola 4 Primárním čistěním odpadní vody se v tomto dokumentu nazývají postupy, které se někdy popisují jako předčistění, předběžné čistění nebo primární čistění Česla a síta (T1) Poté, co se technologiemi, které jsou součástí procesů, odstraní pevné podíly a zabrání se jejich vstupu do odpadních vod, např. lapači umístěnými přímo v odpadech (gulách) uvnitř závod (viz odstavce , a ), další pevné podíly lze z odpadní vody odstranit pomocí česel a sít. Velká množství neemulgovaný tuků, olejů a mastných složek (maziv atd.) lze odstranit, provádí-li se odstraňování na sítech současně s technickými a provozními opatřeními pro zabránění zanášení. Česlo je zařízení s otvory, obvykle stejné velikosti, určené k zachycení hrubých pevných nečistot z odpadní vody. Zařízení česla či síta se skládá z rovnoběžných tyčí nebo drátů, roštu nebo drátěného síta či děrované desky. Otvory mohou mít jakýkoli tvar, ale zpravidla to jsou kruhové nebo pravoúhlé štěrbiny.. Vzájemná vzdálenost česlic v hrubých a jemných česlích používaných v čistírnách, se pohybuje od 60 do 20 mm. Jestliže se však mají z odpadní vody konzervárny zeleniny oddělovat například kousky zeleniny (hrášek, fazole, rozteč tyčí obecně nepřekračuje 5 mm. Otvory v automatických sítech mají velikost od 5 do 0,5 mm, přičemž nejběžněji se používají rozměry od 1 do 3 mm. Jak se uvádí, menší otvory (1 1,5 mm) jsou obvykle méně náchylné k ucpání než větší (2 3 mm). Hlavními druhy používaných sít jsou statická (hrubá nebo jemná), vibrační (nátřasná) a otáčivá síta. Statická síta čistěná kartáči nebo splachováním mohou být vyrobena ze svislých tyčí nebo děrované desky. Tento typ statického síta vyžaduje ruční nebo automatické čistění. Vibrační (nátřasná) síta vyžadují pro účinnost rychlý pohyb. Normálně se používají pro předčistění, související se zpětným získáváním vedlejšího produktu, zejména pevných látek s nízkým obsahem vlhkosti a především tam, kde odpadní voda neobsahuje mastné podíly. Vibrační síta pracují při otáčkách v rozsahu 900 až /min a jejich pohyb může být buď kruhový, obdélníkový nebo čtvercový při celkové délce dráhy 0,8 až 12,8 mm. Otáčky pohonu a pohyb se volí pro konkrétní aplikaci. Primární význam pro výběr správného jemného vibračního síta je použití správné tkaniny, tedy látky se správnou kombinací pevnosti drátů a podílu volného průřezu. Výkony vibračních sít jsou založeny na volném průřezu filtračního média. Rotační nebo bu bnová síta nabírají odpadní vodu na jednom konci a na druhém konci se zbavují pevných látek. Kapalina prochází ven sítem do sběrné vany odkud se dopravuje dále. Síto je obvykle čistěno neustálým sprchováním z venkovních trysek, které jsou skloněny směrem k vynášecímu konci. Tento druh síta má dobrou účinnost, jedná-li se o proudy s poměrně vysokým obsahem pevných látek. Mikrosíta mechanicky oddělují pevné částice z odpadní vody pomocí mikroskopicky jemných tkanin. Nejdůležitějším provozním parametrem je tlakový spád, tj. ztráta provozního tlaku, přičemž nejlepší výsledky se uvádějí pro hodnoty 5 až 10 mbar. Snížené úrovně SS, FOG a BSK/ChSK. Zpětné získávání produktů, např. dřeně v odvětví ovoce a zeleniny. Snížené riziko emisí pachů dále ve směru proudu do ČOV. 462

9 Vzájemné účinky médií Mohou se objevit emise pachů podle druhu a velikosti sítem zadržených pevných látek. Provozní údaje Tabulka 4.48 ukazuje odhadované snížení zatížení znečisťujícími látkami v rybném průmyslu při použití rotačních sít s klínovým drátem. Zd roj zát ěže znečistěním Snížení (%) odpadní voda z bílých ryb Odpadní voda z tučných ryb Tabulka 4.48: Odhad snížení zatížení znečisťujícími látkami v rybném průmyslu při použití rotačních sít s klínovým drátem Uvádí se, že v rybném průmyslu se odstraňování malých částic pevných látek provádí pomocí filtračního pásu a vibračního síta s velikostí oka 0,1 mm nebo menší. Ucpávání sít je běžný problém. Jestliže k němu dochází pravidelně, je možné uvažovat o zvětšení otvoru síta, nebo zlepšení režimu čistění síta. Pro odstranění problému s ucpáváním lze použít zakřivené síto (česli). To se v podstatě skládá z podávacího zařízení a konkávního povrchu a funguje jako samočistící. Česlice s klínovým profilem jsou uspořádány kolmo na směr toku vody. Poměrně stálý přetok zajišťuje, že se česle sama čistí. Všechny její různé segmenty jsou vzájemně vyměnitelné. Typické šířky mezer jsou 0,02 až 2 mm pro plochy česle 0,1 až 3,0 m 3 (s maximálním prostupem 300 m 3 na čtvereční metr za hodinu). Zakřivené česle se často používají v závodech na zpracování ovoce a zeleniny. Lze používat i rotační síta opatřená automatickým čistěním. Když se ucpávání děje kvůli tukovým usazeninám, např. v průmyslu masa, v mlékárnách a rybném průmyslu, může být používáno pravidelné čistění chemikáliemi nebo horkou vodou. Použitelnost Způsob je použitelný ve všech závodech FDM. Ekonomika Použití česlí a sít odstraňuje potřebu, a tedy i náklady, na další čistění vody. Snižuje se množství produkovaného kalu, které by si jinak vyžádalo další výdaje na likvidaci. Důvody pro realizaci Snížené požadavky na čistění odpadních vod. Příklady výroben Používá se v průmyslu masa, ovoce a zeleniny, ryb, nápojů a rostlinných olejů. Literatura [28, Nordic Council of Ministers, 1997, 65, Germany, 2002, 134, AWARENET, 2002] La pač tuku pro odstraňování FOG a lehkých uhlovodíků (T2) Pokud před aerobním biologickým čistěním nejsou odloučeny tuky a oleje, může to překážet provozu ČOV, protože se nesnadno se odbourávají bakteriemi. Volné látky FOG 1 mohou být zachyceny lapačem tuků. Podobné zařízení se používá k zachycování lehkých uhlovodíků. 1 Fats, oils and grease tuky, oleje a ostatní mastné látky pozn. překl. 463

10 Dalším vývojem jednoduchého separátoru (DIN) je separátor s rovnoběžnými deskami. Jeho separační komora obsahuje desky, skloněné pod úhlem 45. Normy Evropské unie pro lapače olejů, tuků a lehkých uhlovodíků se připravují (pren 1825 a pren 858, části 1 a 2). Odstranění FOG z odpadních vod. Systém obvykle nevyžaduje žádné přídavky chemikálií, takže zpět získané tuky lze znovu použít.. Vzájemné účinky médií Podle druhu lapače tuků, např. bez nepřetržitého odstraňování tuků se mohou vyskytnout emise pachů, zvláště při vyprazdňování lapače. Instalace lapačů tuku v provozních prostorech může vyvolat problémy s nezávadností potravin. Nadměrně horká voda může způsobit, že tuky budou lapačem procházet a mohou roztavit předem nashromážděný tuk, takže je třeba tomu zabránit. Je třeba zvážit materiál přepážek a snadnost čistění zařízení. Správné dimenzování komor je určující pro správné dělení a prevenci vymytí tuků při vysokých nebo jinak abnormálních průtocích. Jestliže přítok silně kolísá, může být potřebné zajistit odchýlení toku do vyrovnávací nádrže. Snadnost vyprazdňování a pravidelné údržby jsou pro prevenci problémů se zápachem nezbytně nutné. Provozní údaje Účinnost dělení závisí na teplotě vody a zvyšuje, je-li teplota vody nízká. Dělící schopnost snižuje také přítomnost emulgátorů. Uvádí se, že lze dosáhnout účinnosti oddělení až 95 % obsahu tuků a olejů. Podle pramenů z výroby rostlinných olejů jsou lapače tuků s rovnoběžnými deskami velmi náchylné k zanášení a ucpání. Použitelnost Způsob je použitelný ve všech závodech FDM, kde odpadní vody obsahují živočišné a rostlinné látky FOG. Ekonomika Podle údajů je investice vyvážena úsporami nákladů na čistění odpadní vody a na údržbu provozu. Důvody pro realizaci Snížené problémy, které tuky působí v potrubích odpadních vod a v ČOV; snížené zatížení, které vyžaduje čistění. Příklady výroben Používá se v průmyslu masa, rostlinných olejů a tuků. Literatura [65, Germany, 2002, 182, Germany, 2003, 185, CIAA-FEDIOL, 2004, 210, Brechtelsbauer P.,] 464

11 Vyrovnání průtoku a zatížení (T3) Vyrovnávací nádrže nebo vyrovnávací sklad se běžně budují jako opatření pro zvládnutí celkové proměnlivosti průtoku a složení odpadních vod, nebo pro zpracování, jímž se korigují parametry odpadní vody, např. hodnota ph, jinak se provádí chemická úprava. Potřeba vyrovnávat vypouštěnou odpadní vodu může být vzata v úvahu, má-li se zajistit, aby průtok a složení odpadní vody vyhověly projektovým parametrům ČOV. Metoda umožňuje, aby po ní následující čistírenské technologie pracovaly s optimální účinností. Využívá směšování pro vyrovnávání extrémních teplot a hodnot ph. Vzájemné účinky médií Nadměrné zadržování odpadních vod ve vyrovnávací nádrži může vyvolat kyselost a zápach. Provozní údaje Obsah vyrovnávací nádrže je potřebné promíchávat a provzdušňovat, aby se zabránilo tvorbě pěny na hladině v nádrži a pro udržení dostatečného obsahu rozpuštěného kyslíku, aby bylo zajištěno, že se systém nezvrhne na anaerobní nedojde k jeho okyselení a tvorbě zápachu. Je-li to však nutné, instaluje se zařízení pro odstraňování pěny. Doba zdržení ve vyrovnávací nádrži je obvykle 6 12 hodin. Použitelnost Způsob je široce použitelný ve všech závodech FDM. Ekonomika Náklady na výstavbu a provoz vyrovnávací nádrže je třeba porovnat s úsporami na nákladech, které jsou spojeny s hladkým chodem následujících procesů čistění. Důvody pro realizaci Dodávat do dalších stupňů čistění v podstatě homogenní odpadní vodu. Příklady výroben Používá se v průmyslu masa, ovoce a zeleniny, ryb, nápojů a rostlinných olejů Literatura [1, CIAA, 2002, 13, Environment Agency of England and Wales, 2000] Neutralizace (T4) a vlastní neutralizace Cílem neutralizace je vyhýbat se vypouštění silně kyselých nebo silně alkalických odpadních vod. Může také chránit následné stupně čistění odpadních vod. Pro neutralizaci odpadních vod, vykazujících nízkou hodnotu ph, se normálně používají: vápenec, vápencová kaše nebo vápenné mléko (hydratované vápno, Ca(OH) 2 ) hydroxid sodný (louh, NaOH) nebo soda (uhličitan sodný, Na 2 CO 3 ) iontoměniče (kationické) 465

12 Pro neutralizaci odpadních vod, vykazujících vysokou hodnotu ph, se normálně používají: sycení oxidem uhličitým (CO 2, např. spalinami, plynem z kvasných procesů) kyselina sírová (H 2 SO 4 ) nebo chlorovodíková (HCl) iontoměniče (anionické). Výraz vlastní neutralizace se používá v případech, kdy velikost vyrovnávací nádrže ve spojení s vhodnými změnami ph proudů odpadních vod má za výsledek, že není potřebné přidávat žádné chemikálie. Může to tak být např. v některých mlékárnách, kde se používají jak kyselé, tak alkalické čistící roztoky a oba tyto druhy se vypouštějí do neutralizační nádrže. Brání se účinkům silně alkalických a silně kyselých odpadních vod, tj. korozi, snížení účinnosti biologických stupňů čistění nebo samočistících pochodů v jezerech a vodotečích a patrně i možným provozním problémům u jiných uživatelů vody. Vzájemné účinky médií Kvůli přídavkům chemikálií do odpadní vody mohou ve zpracovávané vodě značně vzrůst obsahy rozpustných pevných látek a solí a může být obtížné zlikvidovat vzniklý pevný odpad. Provozní údaje Uvádí se, že pivovarnictví se může provádět neutralizace kyselinami nebo alkáliemi ve výrobních prostorech nebo v ústředních neutralizačních nádržích. Neutralizace provozní odpadní vody vyžaduje nádrž s hydraulickou dobou zdržení asi 20 minut. Výkon míchacího zařízení musí být takový, aby byla celá nádrž dobře promíchávána. Protože se v pivovarech používají jak kyselé, tak alkalické čistící prostředky, lze dosáhnout úspory spotřeby chemikálií pro neutralizaci prodloužením doby zdržení v neutralizační nádrži. Neutralizační nádrže se často používají jako vyrovnávací nádrže (viz odst ) s retenční dobou 3 až 6 hodin. Mimo to, v provozní odpadní vodě z pivovarů normálně probíhá částečná neutralizace v důsledku biologické přeměny. Bylo pozorováno, že hodnota ph ve vyrovnávacích nádržích může klesat bez přidání kyselin v důsledku hydrolýzy organických materiálů. Tento efekte je obtížné regulovat, ale snižuje požadavky na dávkování kyseliny do alkalických provozních odpadních vod. Pro dosažení biologického okyselení je potřebná doba zdržení 3 až 4 hodiny. Použitelnost Způsob je použitelný v závodech se silně kyselou či silně alkalickou odpadní vodou. Příklady výroben Používá se v průmyslu ovoce a zeleniny, mlékárnách, pivovarech a výrobnách nápojů. Literatura [9, Verband der Deutschen Milchwirtschaft (German Dairy Association), 1999, 65, Germany, 2002] Sedimentace (T5) Sedimentace je oddělování suspendovaných pevných částic, těžších než voda, z vody samotíží. Usazené pevné podíly se odstraňují ze dna zařízení ve formě kalů periodicky po odstranění vody. 466

13 Zařízení používaná pro sedimentaci a mohou to být: Kapitola 4 pravoúhlé nebo kruhové nádrže vybavené vhodným oškrabovacím zařízením (horní škrabkou pro sbírání oleje a tuku (FOG) a škrabkou u dna pro odstraňování pevných podílů) a mající dostatečný objem, aby zajistily patřičnou dobu zadržení, nutnou pro průběh procesu oddělování; laminární nebo trubicové separátory, v nichž se používají desky pro zvětšení povrchu, na němž dělení probíhá. Snížení úrovní SS a FOG. Snížení množství produkovaného odpadu, např. ve škrobárenství; kaly mohou být regenerovatelné jako vedlejší produkt pro případná krmiva pro hospodářská zvířata. Sníží se obsah sedimentovatelných a flotovatelných nebezpečných a významně rizikových látek. Provozní údaje Uvádí se, že rybném průmyslu lze sedimentací odstranit 35 % pevných látek, přítomných v odpadní vodě. Tabulka 4.49 uvádí typické údaje o výkonnosti v pivovarnictví po sedimentaci. Počáteční zatí žení Konečný obsah (m 3 /m 2 /h) SS 0,5 1, Přijatelné zatížení bude záviset na sedimentačních charakteristikách kalu Tabulka 4.49: Typické výkonnostní údaje z pivovarnictví po sedimentaci odpadních vod Výhody a nevýhody sedimentace uvádí tabulka Výhody Jednoduchost zařízení, netrpí poruchami Nevýhody Může zabírat velkou plochu (hranaté nebo kulaté nádrže) Nevhodné pro jemně dispergované materiály Může mít sklon k ucpávání tukem (laminární separátory) Tabulka 4.50: Výhody a nevýhody sedimentace V cukrovarnictví plavící (žlabová) či dopravní voda obsahuje bláto, kamení a odpadní vegetaci, stejně jako vysokou hladinu ChSK z poškozených bulev řepy. Těžký prach vyžaduje sedimentaci. uje se použití velkých sedimentačních rybníků. Kaly, odebírané z usazovacích rybníků lze dále odvodňovat a tekutiny, získané odvodněním, lze vracet do závodu buď přes rozprašovače nebo jako žlabovou vodu. Použitelnost Způsob je použitelný v závodech s odpadní vodou obsahující SS. Používání technologie může být omezeno požadavky, které má na prostor. 467

14 Ekonomika Poplatky za odpadní vodu obecně způsobují, že je metoda nákladově efektivní ve většině závodů, na které se vztahuje IPPC, které musí provádět určitý druh separace suspendovaných látek (SS). V porovnání s DAF (flotací) má sedimentace vyšší investiční náklady, ale nižší provozní náklady. Příklady výroben Používá se v rybném průmyslu, průmyslu ovoce a zeleniny, škrobárenství, výrobě nealkoholických a alkoholických nápojů, rostlinných olejů a tuků. Literatura [13, Environment Agency of England and Wales, 2000, 65, Germany, 2002, 136, CBMC The Brewers of Europe, 2002] Flotace rozpuštěným vzduchem (DAF) (T6) Odlučování materiálů lehčích, než voda, např. jedlých olejů a tuků lze zlepšit pomocí flotace. V sektoru FDM se používá hlavně flotace rozpuštěným vzduchem (DAF). Tato technologie zkracuje dobu zadržení, ale neumožňuje od vody oddělit emulgované látky FOG a proto se v potravinářském průmyslu hojně používá pro odstraňování volných FOG. Základním mechanismem flotace vzduchem je uvádění malých vzduchových bublin do odpadní vody, která obsahuje suspendované látky k flotaci. Tyto vzduchové bublinky se při své cestě vzhůru k hladině zachycují na chemicky upravených částicích a vynášejí je k hladině. Vzduch se ve vodě rozpouští pod tlakem 300 až 600 kpa (3-6 bar). Vzduch se normálně uvádí do proudu recyklované čistěné vody, která již jednotkou DAF prošla. Tato přesycená směs vzduchu a odpadní vody vytéká do velké flotační nádrže, kde se uvolní tlak a tím se tvoří množství malých bublinek. Zde se pevné podíly 2 hromadí, zahušťují a odstraňují se mechanickým sbíráním z hladiny nebo odsáváním. Pro zlepšení adheze bublinek k pevným částicím se používají chemikálie, jako jsou některé polymery, síran hlinitý nebo chlorid železitý. Zařízení DAF je podobné zařízení pro sedimentaci (viz odst ). Snižují se obsahy volných FOG, BSK, ChSK, SS, dusíku a fosforu. Snižuje se množství produkovaných odpadů, např. kaly lze získat zpět jako vedlejší produkt, např. v odvětví masa a mléka se používají jako krmivo pro hospodářská zvířata. Systém se udržuje aerobní, takže riziko problémů se zápachem je nízké. 2 Výraz pevné podíly v originálu chybí, takže věta nedává smysl pozn. překl. 468

15 Provozní údaje Tabulka 4.51 ukazuje účinnost odstraňování pro zařízení DAF ve výrobně filé ze sleďů. Parametr Snížení o (%) ChSK BSK 80 Celkový dusík 45 Celkový fosfor Oleje 85 Mastné látky 98 Přibližná hodnota DAF se užívá tam, kde je vysoký obsah FOG. Tabulka 4.51: Účinnost odstraňování metodou DAF ve výrobně filé ze sleďů Při procesu DAF může být tlakový systém náchylný k ucpávání. Je obvyklé, že kaly, odebrané z nádoby DAF mají obsah sušiny 3 4 %. Mají-li se kaly regenerovat, je nutno buď vyloučit použití koagulačních a flokulačních činidel, nebo vybrat jejich vhodné typy. Použitelnost Způsob je široce použitelný v sektoru FDM. Ekonomika Poplatky za odpadní vodu obecně způsobují, že je metoda nákladově efektivní ve většině závodů, na které se vztahuje IPPC, které musí provádět určitý druh separace suspendovaných látek (SS). V porovnání se sedimentací má DAF nižší investiční náklady, ale vyšší provozní náklady. Příklady výroben Používá se v masném a rybném průmyslu, průmyslu ovoce a zeleniny, ve výrobě nealkoholických a alkoholických nápojů, rostlinných olejů a tuků. Literatura [13, Environment Agency of England and Wales, 2000, 28, Nordic Council of Ministers, 1997, 65, Germany, 2002, 136, ] Havarijní odkláněcí nádrž (T7) Opatření pro nenadálé události lze zajistit, aby se zabránilo havarijním únikům z procesu, které by poškodily čistírnu odpadních vod a/nebo provoz KČOV tím, že by je vystavily náhlému vysokému přetížení. Může být zřízena havarijní nádrž, schopná pojmout obvykle 2-3 hodinový špičkový průtok. Proudy odpadních vod se monitorují dříve, než vstoupí do ČOV tak, aby mohly být automaticky odkloněny do odváděcí nádrže, je-li to potřebné. Havarijní nádrž je spojena zpět na vyrovnávací nádrž (viz odst ), nebo na stupeň primárního čistění, takže odpadní kapaliny, které nevyhovují technickým podmínkám, mohou být postupně vraceny do proudu odpadní vody. Jinak lze zařídit likvidaci obsahu havarijní nádrže mimo závod. Havarijní nádrže se používají také tam, kde neexistuje oddělený systém kanalizace pro povrchovou (srážkovou) vodu, která se tak může dostávat do závodní ČOV. 469

16 Odstraňuje neregulované vypouštění nečistěných odpadních vod. Použitelnost Způsob je široce použitelný v sektoru FDM. Příklady výroben Používá se v masném průmyslu, mlékárenství a ve výrobě nealkoholických a alkoholických nápojů Odstředování (T8) K dispozici jsou čtyři hlavní typy odstředivek: plnoplášťové a košové odstředivky odvodňují v šaržovém procesu. V plnoplášťovém uspořádání se kapaliny nad pevnou fází buď sbírají s povrchu nebo přetékají ve vířivém uspořádání na horní straně odstředivky. Košový systém používá děrované síto, takže kapalina protéká při odstřeďování přes síto. Dýzová odstředivka 3 se používá především pro dělení směsí kapalina/kapalina a konečně usazovací odstředivka (dekantér) je standardní technika, hojně používaná pro separaci aktivovaných kalů. Odstředivky lze používat pro oddělování částic, které jsou příliš malé na sedimentaci, díky použitým gravitačním silám. Snižují se obsahy volných FOG, BSK, ChSK, SS, dusíku a fosforu. Snižuje se množství produkovaných odpadů, např. regenerací škrobu při zpracování brambor. Vzájemné účinky médií Vysoká spotřeba energie Provozní údaje Tab uvádí účinnost odstřeďování odpadní vody při zpracování sleďů. Parametr Snížení o (%) ChSK silně znečistěné odpadní vody 45 ChSK méně znečistěné odpadní vody SS (suspendované pevné látky) 80 Tabulka 4.52: Účinnost odstřeďování odpadní vody při zpracování sleďů Použitelnost Proces široce použitelný v sektoru FDM, např. pro zahušťování či odvodňování odpadních aktivovaných kalů. Používání odstředivek jako primární technologie čistění je dosti omezené. Ekonomika Náklady na údržbu a energii mohou být značné, technologie proto není atraktivní pro závody s poměrně malými průtoky. Příklady výroben Používá se v rybném průmyslu, v průmyslu ovoce a zeleniny a ve výrobě nealkoholických a alkoholických nápojů. 3 Názvosloví Technického slovníku naučného, SNTL Praha 1983 pozn. překl. 470

17 Literatura [1, CIAA, 2002, 3, CIAA, 2001, 28, Nordic Council of Ministers, 1997, 145, Metcalf & Eddy, 1991, 159, CIAA-CEFS, 2003] Srážení (T9) Jestliže nelze pevné částice oddělit jednoduchými gravitačními metodami, když jsou např. příliš malé, jejich hustota je příliš blízká hustotě vody nebo tvoří koloidní roztoky či emulze, přidávají se chemikálie, které způsobí jejich oddělení a usazení. Tato technologie se používá k přeměně látky, rozpuštěné ve vodě, na nerozpustnou, pomocí chemické reakce. Srážení lze užít i pro odstraňování fosforu. Proces chemického čistění má tři hlavní části. První fází procesu je koagulace, která se provádí za účelem destabilizace emulze nebo koloidního systému snížením potenciálu, určujícího stabilitu systému. Provádí se to běžně dávkováním anorganických chemikálií, jako jsou síran hlinitý, chlorid železitý nebo vápno (CaOH) 2 ). Dalším krokem je vločkování malých částic do větších (vloček), které se snadněji usazují nebo vysazují na hladině (flotují). To může vyžadovat přidání polyelektrolytů, které vytvářejí můstky pro vytvoření velkých vloček. Kromě koagulace a flokulace dochází k vysrážení některých hydroxidů kovů a na těchto hydroxidech se adsorbují částice tuku. Po chemickém zpracování se vzniklé kaly odstraní usazením (viz odst ) nebo metodou DAF (viz odst ). Snižují se obsahy volných FOG, SS a fosforu. Jestliže se ve výrobním procesu používají nebezpečné a významně rizikové látky, jejich množství v odpadní vodě se snižuje. Vzájemné účinky médií Vzhledem k přidávání chemikálií do odpadní vody může významně vzrůst obsah rozpuštěných pevných látek a solí a opakované použití či likvidace produkovaného pevného odpadu mohou být obtížné. Provozní údaje Uvádí se, že při použití srážení byly dosaženy účinnosti odstranění fosforu %. Z mlékáren se hlásí vyšší produkce kalu, používá-li se k odstranění fosforu srážení fosforečnanů. Uvádí se také, že se srážení snadněji řídí, než biologické odstraňování fosforu. Problémem může být odstraňování fosforu z vod z rafinerií olejů. V nečistěné vodě je fosfor přítomen jak v organické, tak anorganické formě. Organické sloučeniny fosforu nereagují s anorganickými flokulanty a nesrážejí se. Srážení, např. hlinitými solemi, je možné a lze dosáhnout zbytkových zatížení vody na výstupu nižších než 4,5 g/t nerafinovaného oleje, je však ještě třeba dosáhnout koncentrace fosforu nižší než 2 mg/l. Provozy chemického čistění se obtížně řídí, protože jejich výkonnost je velmi citlivá na měnící se charakteristiky odpadní vody a těžko se proto automatizují a vyžadují významné zapojení pracovních sil. 471

18 Volba chemikálií pro koagulaci a flokulaci závisí na předpokládaném způsobu likvidace kalů. Uvádí se, že jestliže se srážení použije současně s čistěním odpadní vody aktivovaným kalem, pomáhá při usazování aktivovaného kalu. Dále se uvádí, že v některých případech přidání fosforu zvyšuje cenu kalu pro zemědělské použití, ale v jiných případech může zhoršovat problém eutrofikace. Údaje o výkonnosti odstraňování fosforu z ČOV s aktivovaným kalem se současným srážením z pěti finských škrobáren uvádí tabulka 4.53: Hladina celkového fosforu v přítoku (mg/l) Hladina celkového fosforu ve výtoku (mg/l) 1-2 Zatížení aktivovaného kalu Tabulka 4.53: Údaje o výkonnosti při odstraňování fosforu v ČOV s aktivovaným kalem a simultánním srážením ve škrobárenství Použitelnost Postup je použitelný ve všech závodech FDM, např. pro odstraňování FOG, SS a fosforu. V rybném průmyslu se tato technologie používá, když je obsah oleje v odpadní vodě nízký. Používá se v průmyslu ovoce a zeleniny pro odstraňování fosforu pomocí hlinitých nebo železitých solí. Tuto technologii lze používat také současně během sekundárního čistění, např. v procesu s aktivovaným kalem, nebo jako terciární čistění. Ekonomika Tato technologie produkuje pevný odpad, jehož likvidace je nákladná. Příklady výroben Používá se v rybném průmyslu, v průmyslu ovoce a zeleniny, ve výrobě nealkoholických a alkoholických nápojů a v tukovém průmyslu. Literatura [65, Germany, 2002, 199, Finland, 2003] Sekundární čistění Sekundární čistění se používá hlavně pro odstranění biologicky odbouratelných organických látek a suspendovaných pevných podílů pomocí biologických metod. Adsorpce znečisťujících látek na vytvářený organický kal také odstraní materiály, které nejsou biologicky odbouratelné, např. těžké kovy. Z odpadní vody se mohou také částečně odstranit organický dusík a fosfor. Varianty sekundárního čistění mohou být používány samostatně nebo v kombinaci, podle charakteristik odpadní vody a požadavků před vypuštěním. Když se používají v kombinaci zařazené za sebou, technologie se nazývají vícestupňové systémy (viz odstavec ). Existují v podstatě tři druhy metabolických procesů, tj. aerobní procesy využívající rozpuštěný kyslík; anaerobní procesy bez přívodu kyslíku a anoxické procesy využívající biologickou redukci donorů kyslíku [1, CIAA, 2002, 13, Environment Agency of England and Wales, 2000, 65, Germany, 2002]. Tento oddíl popíše technologie, které využívají hlavně aerobní a anaerobní metabolické procesy. 472

19 Hlavní výhody a nevýhody anaerobních procesů čistění odpadních vod v porovnání s aerobními procesy uvádí tabulka Výhody Nízká produkce přebytečného kalu, menší rychlost růstu znamenají nižší nároky na makro- a mikroživiny Nízké nároky na energii, kvůli nedostatku nuceného větrání Obecně nižší provozní náklady spojené se sníženou produkcí kalů a nižšími náklady na míchání. Jsou spojeny se sníženou produkcí kalu a nižšími náklady míchání. Produkuje bioplyn, který lze použít pro pohon nebo vytápění Malé nároky na prostor Může být snadno vyřazeno na delší období z provozu a zůstane ve spícím stavu (užitečné pro sezónní procesy, jako je zpracování cukrovky) Zvláštní výhodou procesu je tvorba pelet. To nejenom dovoluje rychlou reaktivaci po měsíčním přerušení provozu, ale také prodej přebytečných pelet, např. po očkování nových systémů. Některé látky, které nelze odbourat aerobně, mohou být odbourány anaerobně (např. pektiny a betain) Méně problémů s pachy (pokud se použije vhodná technologie pro jejich potlačení) Žádná tvorba aerosolu, může asimilovat FOG (neplatí pro UASB) Nevýhody Mesofilní bakterie prospívající při teplotách 20 až 45 C mohou vyžadovat vnější zdroj tepla Nízká rychlost růstu vyžaduje dobré zadržování biomasy Počáteční fáze uvádění do provozu a aklimatizace může být dlouhá. (neplatí pro reaktory s granulovaným kalem, např. EGSB, očkované kalem provozní vegetace 4 Obecně vyšší kapitálové (investiční) náklady Anaerobní systémy jsou citlivější než aerobní na kolísání teploty, ph, koncentrace a zatížení škodlivinami Některé složky vyčistěné odpadní vody mohou být toxické nebo korosivní (např. H 2 S). Tabulka 4.54: Výhody a nevýhody anaerobních procesů čistění odpadní vody v porovnání s aerobními procesy [1, CIAA, 2002, 13, Environment Agency of England and Wales, 2000, 65, Germany, 2002] 4 Rozumí se pestrá směs bakterií, plísní, atd, normálně přítomných v kalu pozn. překl. 473

20 Aerobní čistění odpadních vod výhody a nevýhody Aerobní jsou použitelné a nákladově efektivní obecně jen tehdy, když je odpadní voda snadno biologicky odbouratelná. Mikroorganismy ve směsné tekutině mohou získávat přísun kyslíku buď z hladiny nebo pomocí provzdušňovacích zařízení, ponořených do odpadní vody. Hladinová injektáž kyslíku se provádí buď hladinovými provzdušňovači nebo se užívají kyslíkové klece. Výhody a nevýhody procesů aerobního čistění odpadních vod uvádí tabulka Výhody Odbourání na neškodné sloučeniny Nevýhody Vznik velkých objemů kalu Efekty těkání s vodní parou vedou na úniky těkavých látek, což je častá příčina zápachu a vzniku aerosolů. Bakteriální aktivita se snižuje za nízkých teplot. Pro zintenzivnění procesu lze však použít hladinové provzdušňování a injektáž čistého kyslíku. Jestliže se látky FOG neodstraní před aerobním biologickým čistěním, mohou překážet provozu ČOV, protože je bakterie obtížně rozkládají. Tabulka 4.55: Výhody a nevýhody procesů aerobního čistění [1, CIAA, 2002, 13, Environment Agency (UK), 2000; 65, Germany, 2002] Aktivovaný kal (T10) Technologie aktivovaného kalu produkuje aktivovanou hmotu mikroorganismů, schopných aerobní stabilizace kalu. Tato biomasa se provzdušňuje a udržuje v suspenzi v reaktorové nádobě. Vegetace kalu může využívat vzduch, kyslík, nebo jejich kombinaci. Pokud se jí dodává kyslík, mluví se o systémech s čistým kyslíkem (viz odst ). Snížení úrovní BSK/ChSK, fosforu a dusíku. Pokud se v procesu používají nebezpečné a prioritní nebezpečné látky, jejich hladiny v odpadní vodě se snižují. Vzájemné účinky médií Vysoká spotřeba energie Provozní údaje Po určité době zadržení několika hodin, ale déle, než 10 dnů, podle míry zatěžování (poměru F/M) asi 0,1 až 0,15 kg BSK/kg MLSS 5 a den se směsná suspenze mikroorganismů vypustí do usazovacího zařízení (viz odst ). Doba hydraulického zadržení, či stáří kalu, a poměr F/M se mohou měnit jako funkce charakteristik surové odpadní vody, tj. složení, dostupnosti a schopnosti odbourání organických látek, atd., a požadované jakosti odcházející vyčistěné odpadní vody. 5 MLSS = pevné látky suspendované ve směsné kapalině pozn. překl. 474