Rozvoj MBR v Evropě byl podpořen 4 výzkumnými projekty VI. Rámcového programu EU

Transkript

1 Petr Hlavínek

2 OBSAH PREZENTACE ÚVOD MEMBRÁNOVÉ BIOREAKTORY POLOPROVOZNÍ TESTOVÁNÍ NIZKOZATÍŽENÉ AKTIVACE S MEMBRÁNOVOU FILTRACÍ MOŽNOSTI PRO INTENZIFIKACE ČOV S MBR ZÁSADY DIMENZOVÁNÍ MBR KONSTRUKČNÍ PŘEDPOKLADY PŘI VÝSTAVBĚ MBR PŘÍPADOVÉ STUDIE ZÁVĚRY A DOPORUČENÍ 2

3 ÚVOD Rozvoj MBR v Evropě byl podpořen 4 výzkumnými projekty VI. Rámcového programu EU AMEDEUS EUROMBRA MBR-TRAIN PURATEAT Do projektů bylo zapojeno 50 evropských společností a institucí, které koordinovaly své činnost přes cluster MBR-NETWORK. Celková částka na řešení projektů přesáhla 16 mil EUR. 3

4 ÚVOD Aktivační čistírny odpadních vod se separací kalu ponořeným membránovým modulem (dále MBR)? MBR kombinují aerobní biologické čištění s membránovou separací a tudíž: Čistý desinfikovaný produkt Malá zastavěná plocha Problémy s bytněním kalu jsou méně relevantní Hydraulická doba zdržení je menší a stáří kalu vyšší Proces čištění je velmi intenzivní, zejména nitrifikace To je proč MBR jsou: Schopny dosahovat velmi přísné parametry na odtoku KLÍČOVÝM KANDIDÁTEM PRO ZNOVUUŽITÍ VODY 4

5 ÚVOD Úpravna vody Průmyslové užití Indirektes Čistírna odpadních vod Recycling Užití v urbanizovaném území Golfové hřiště Doplnění podzemní vody Direktes Recycling Ekologické užití Zemědělské užití 5

6 ÚVOD NeWater Singapore m 3 /d 6 % pitné účely 6

7 Počet instalací VÝVOJ EVROPSKÉHO TRHU S MBR : ~ 400 MBR 330,000 m² 1.2 millionů EO. 57 millionů ročně > 10% růst > 50 za rok > 20 za rok rok 7

8 Projekt Technologie Datum uvedení do provozu Průtok (m 3 /d) Shending River, Čína BOW Wenyu River, Čína ASAHI K/BOW Johns Creek, GA, USA GE Zenon Beixaothe, Čína Siemens Al Ansab, Muscat, Oman Kubota Peoria, AZ, USA GE Zenon Cleveland bay, Austrálie GE Zenon Sabadell, Španělsko Kubota San Pedro del Pinatar, Španělsko GE Zenon Syndial, Itálie GE Zenon Broad Run WRF, VA, USA GE Zenon Peking Miyun, Čína MRE NordKanal, Německo GE Zenon Tempe Kyrene, AZ, USA GE Zenon Brescia, Itálie GE Zenon Traverse City, MI, USA GE Zenon Linwoog, GA, USA GE Zenon North Kent Sewer Authority, MI, USA GE Zenon Jinqiao Power, Čína GE Zenon Dubai Sports City, SAE GE Zenon

9 MEMBRÁNOVÉ BIOREAKTORY MBR Konvenční aktivační proces česle Lapák písku Primární Usazovací nádrž Aktivační nádrž Dosazovací nádrž Třetí stupeň Influent odtok Konvenční aktivační proces s třetím stupněm pomocí membránové filtrace Integrace membránového stupně do aktivační čistírny odpadních vod 9

10 KONFIGURACE MBR MEMBRÁN 10

11 TECHNOLOGICKÉ MODIFIKACE MBR BIOFILMOVÉ MEMBRÁNOVÉ REAKTORY Kombinace membránové separace s biofilmovými reaktory Má mnohem nižší koncentrace suspendovaných látek, nižší viskozitu a nižší tendenci k ucpávání. Využití nosičů biomasy v aktivační nádrži vede k nižší spotřebě energie pro aeraci díky nižší viskozitě, menším problémům s depozicí kalu na membránové moduly. ANAEROBNÍ MEMBRÁNOVÉ PROCESY Kombinace membránové separace s anaerobními reaktory. Využitelná pro čištění odpadních vod z malých zdrojů znečištění, kde limity na dusík nejsou problém. Hygienizovaný odtok lze z výhodou použít pro závlahy. 11

12 POLOPROVOZNÍ TESTOVÁNÍ MBR Poloprovoznímu testování předcházely laboratorní zkoušky zkoumány různé provozní stavy ověřen MBR proces s biomasou ve vznosu ověřen MBR proces s biomasou ve vznosu kombinovanou s biomasou přisedlou technologie regenerace deskových modulů technologie regenerace modulů z dutých vláken testován AnMBR 12

13 POLOPROVOZNÍ TESTOVÁNÍ MBR 13

14 CHSK (mg l -1 ) TESTOVÁNÍ MBR CHSK prítok CHSK supernatant CHSK permeát 1. ETAPA 2. ETAPA 3. ETAPA CHSK ~ 50 mg.l BSK 5 0,5 až 8 mg.l Hodnoty CHSK během celého sledovaného období 14

15 N celk, NH4-N (mg l -1 ) TESTOVÁNÍ MBR Ncelk prítok 1. ETAPA 2. ETAPA 3. ETAPA NH4-N perm eát N-NH 4 + 0,3 2 mg.l Průběh koncentrací N celk na přítoku a N-NH 4 + na odtoku 15

16 ČIŠTĚNÍ MEMBRÁN Fyzikální Zpětný proplach se vzduchem bez vzduchu RELAXACE Kombinace Chemicky podpořený Proplach (CEB) Chemické Základní chlornan sodný Kyseliny citrónová šťavelová Okysličovadla Peroxid vodíku CIP, CIA 16

17 Možnosti pro intenzifikace ČOV s MBR Náhrada dosazovacích nádrží (100% MBR) 4 12 g/l Hybridní paralerní MBR (Dual 1) 4 g/l 10 g/l 15 g/l Hybridní sériový MBR (Dual 2) 4-6 g/l 15 g/l Dvoustupňový systém? 4 g/l Source: AMEDEUS, Lesjean 2008

18 Specifické náklady, EUR na EO INVESTIČNÍ NÁKLADY 2000 Investiční náklady pro nové ČOV Aktivační ČOV Aktivační ČOV s 3 st. MBR Cena kompletní ČOV) Kapacita, MLD 18

19 INVESTIČNÍ NÁKLADY Rozložení investičních nákladů pro MBR 34% 15% 39% 12% Stavba Elekto Technologie Membrány 19

20 E, kwh/m³ SPOTŘEBA ELEKTRICKÉ ENERGIE 2,50 2,00 1,50 Průměrná spotřeba elektrické energie Aktivační systém Aktivační systém s 3. st. čištění MBR Průměr Průměr aktivace s 3 st. čištění 1,00 0,50 0, Roční množství čištěných odpadních vod, m³/rok 20

21 ZÁSADY DIMENZOVÁNÍ MBR množství přebytečného kalu se nijak zásadně neliší od klasických biologických čistíren, rychlosti kinetických reakcí odpovídají rychlostem při běžných aktivačních procesech, stáří kalu se obvykle pohybuje ve stejném rozsahu jako u klasických biologických aktivačních čistíren, kaly z MBR neovlivňují negativně zpracování kalů, všechny použitelné membránové moduly s velikostí pórů do 0.5 μm se propírají vzduchem a jejich účinnost odstraňování choroboplodných zárodků se podstatně neliší, pro MBR je vody nutno vždy řádně mechanicky předčistit, aby se předešlo ucpávání membrán a akumulaci kalu, a tudíž ke zhoršení hydraulické účinnosti membrán, aplikace MBR neomezuje účinnost základních čistírenských procesů (snížení CHSK, nitrifikace, denitrifikace, biologické nebo chemické odstranění fosforu nebo aerobní stabilizaci). 21

22 KONSTRUKČNÍ PŘEDPOKLADY PŘI VÝSTAVBĚ MBR filtrační nádrž nebo aktivace s membránovou vestavbou mohou být plněny samospádem nebo čerpáním, podle něhož se pak navrhuje i recirkulace kalu, aktivace s membránami nebo samostatná filtrační nádrž jsou zároveň vyrovnávací nádrží, neboť nedisponují volným přepadem, to znamená že je nutno brát v úvahu změnu výšky hladiny. Nad filtrační jednotkou je třeba počítat minimálně s cm vody a také výška membrán nade dnem by měla být alespoň 30 cm, při hloubkách větších než 2.5 m je třeba uvažovat s míchacím zařízením k zamezení vzniku zkratových proudů, přívodní a odtokové žlaby po stranách se osvědčily pro minimalizování vlivu nárazového hydraulického přetížení a zkratového proudění. Vertikálního proudění lze dosáhnout děrovaným potrubím, apod, verze

23 KONSTRUKČNÍ PŘEDPOKLADY PŘI VÝSTAVBĚ MBR je třeba zajistit rovnoměrný přívod na jednotlivé jednotky tak, aby se zabránilo nerovnoměrnému zanášení membrán. Velikost sestav modulů je tím i limitována, vzhledem ke kolísání v přítoku na ČOV je třeba monitorovat výšku hladiny především v membránové komoře, přičemž je třeba počítat i s případnou tvorbou pěny, je třeba zajistit, aby permeát používaný v systémech se zpětným proplachem neobsahoval nerozpuštěné látky a zároveň se doporučuje jeho kontinuální sledování, chemické čištění (regenerace) membrán se provádí přímo v samotné nádrži (oddělený reaktor) nebo v oddělené komoře (integrovaný reaktor). Šachty na regeneraci musí rozměrově odpovídat použitým filtračním jednotkám a je nutné, aby byly vybaveny odpovídající technikou. Velikost a počet komor vyplívá z předpokládaného provozování, nádrže, ve kterých probíhá regenerace membrán, musí být vybaveny odolným povrchem, 23

24 KONSTRUKČNÍ PŘEDPOKLADY PŘI VÝSTAVBĚ MBR musí být zabráněno přístupu listí, větví a dalších nečistot z okolí, jež by mohly způsobit ucpání nebo poškození membrán i za cenu zakrytí nádrží, výpadek jedné nebo více filtračních jednotek by mohl způsobit kolaps celé čistírny. Proto musí být v návrhu zohledněn a zpracován plán opatření pro případ výpadku části technologie, je třeba zohlednit hmotnost suché filtrační jednotky při montáži a použité při demontáži. Výhodou je, pokud je možné jednotku zbavit aktivační směsi. Je třeba zajistit odvětrání všech sacích potrubí a potrubí, jimiž jsou přiváděny chemikálie, životnost přepínacích ventilů se předpokládá na změn polohy. Životnost je možné prodloužit neúplným uzavíráním klapek. - Dmychadla musí být regulovatelná s možnou rezervou na připojení dalších filtračních jednotek, pro zakrytá zařízení s membránovými reaktory je třeba zajistit klimatizaci nebo alespoň dostatečnou výměnu vzduchu. Mimoto je třeba pro sklady chemikálií a jejich dávkování při regeneraci zajistit ochranu zdraví obsluhy. 24

25 PŘÍPADOVÉ STUDIE Poznatky z laboratorního a poloprovozního testování membránových ČOV jsou průběžně přenášeny do praxe. V současnosti je v České republice v provozu přes 100 MBR, převážně do kapacity 500 EO. Největší realizovanou MBR je ČOV Benecko (1900 EO). Největší MBR v projekční přípravě je v současnosti ČOV Pasohlávky ( EO). ČOV Podomí (600 EO) je uvedena vzhledem ke zvýšenému požadavku na jakost vyčištěných odpadních vod (krasová oblast). 25

26 PŘÍPADOVÉ STUDIE Základní návrhové parametry Parametr Jednotka Benecko Pasohlávky Podomí Průměrný Flux l.m -2.h -1 10,4 8,0 12,0 Maximální Flux l.m -2.h -1 23,4 15,0 25,0 Koncentrace kalu kg. m Zatížení kalu kg BSK 5.kg suš.d -1 0,075 0,05 0,05 26

27 PŘÍPADOVÉ STUDIE ČOV Benecko 27

28 PŘÍPADOVÉ STUDIE ČOV Pasohlávky 28

29 INTENZIFIKACE PŘEDČIŠTĚNÍ 1 stávající česle, 6 mm Lapák písku Síta, 1-3 mm Duté vlákno 1 mm Deskové moduly - 3 mm 29

30 PRŮTOKOVÉ SCHÉMA MBR Aktivační nádrž S jemnobublinnou aerací 4 filtrační nádrže Přebytečný kal Koncentrace v aktivační nádrži/filtraci 8 / 12 g/l Stávající dosazovací nádrže jako rezerva 30

31 PŘÍPADOVÉ STUDIE 31

32 ZÁVĚRY A DOPORUČENÍ Membránová separace aktivovaného kalu se zdá být v současné době nejlepší technologií, která zaručuje značné výhody jak pro biologické a separační procesy, tak i pro zajištění stabilně nízkých koncentrací znečištění na odtoku z ČOV. Těmito výhodami jsou nízké nároky na prostor oproti dosud používaným dosazovací nádržím, možnost vysoké koncentrace aktivní biomasy, vyšší stáří a koncentrace kalu, což umožňuje odstraňování biologicky těžce rozložitelných látek a především pak kvalita odtoku, což je předpokladem pro jeho zpětné využívání. Vzhledem k velikosti pórů dochází k zadržení všech bakterií a částečně i virů, které nelze odstranit sedimentací v dosazovacích nádržích. 32

33 DĚKUJI ZA POZORNOST 33