Úprava odpadní vody Biologická úprava odpadní vody

Transkript

1 Leonardo da Vinci Project Udržitelný rozvoj v průmyslových prádelnách Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody Biologická úprava odpadní vody Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody 1

2 Obsah Úvod Prádelna odpadní vody Mikroorganizmy Strojírenská technika v instalacích týkajících se odpadních vod Příklady čističek odpadních vod (WWTP) v prádelnách Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody 2

3 Učební cíle Po zvládnutí této kapitoly budete: Znát složení odpadní vody z prádelny Znát kdy a proč by se měla odpadní voda upravovat Znát a umět vysvětlit biologickou úpravu odpadní vody Znát roli mikroorganismů v procesu biologické úpravy odpadní vody Znát a umět vysvětlit 4 různé postupy Schopni určit rozdíly mezi jednotlivými postupy Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody 3

4 Úvod Proč se v prádelnách provádí úprava odpadních vod? Snižuje se znečištění životního prostředí Zmenšuje se spotřeba přírodních zdrojů Zabraňuje se narušení přírodních oběhů Vyhovuje se licenčním požadavkům a příkazům Snižují se náklady $ Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody 4

5 Odpadní vody z prádelen/obsah Odpadní vody z prádelen obsahují substance hlavně ze tří zdrojů: Substance z neupravené vody (voda z potrubí, studniční voda apod.) => soli Detergenty => tenzidy, fosfáty, silikáty atp. Špína z oblečení => částice, mastnota, olej, barvy apod. Důležité omezující parametry pro vypouštění? => např. P, absorbovatelné organické sloučeniny obsahující halogeny (AOX), těžké kovy Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody 5

6 Odpadní vody z prádelen Koncentrace (3 příklady odpadních vod z prádelen): Teplota [ C] ph 9,3 9,9 9,6 Vodivost [ms/cm] 1,7 3,0 2,4 COD [mg/l] BOD 5 [mg/l] n.n N,celk. [mg/l] P, celk. [mg/l] T Teplota (výměník tepla? Tepelná nebo chemicko-tepelná desinfekce?) ph => Alkalita! COD Chemická spotřeba kyslíku (Chemical Oxygen Demand) => parametr pro organické znečištění BOD 5 Biochemická spotřeba kyslíku (Biochemical Oxygen Demand) po 5 dnech => parametr pro biodegradovatelné znečištění P,celk. Celkový fosfor (bezfosfátové detergenty?) Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody 6

7 Odpadní vody z prádelen Obsahy jiných látek: AOX (=> použití chloru při hlavním praní?) Těžké kovy (=> textilie z odvětví zpracování kovů, oblečení z kuchyní) Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody 7

8 Mikroorganizmy Co je biologická úprava odpadních vod? Úprava odpadních vod pomocí Bakterií Jiných mikroorganizmů (houby, pouze u speciálních procesů) Ukázka typického složení bakterií v komunální čističce odpadních vod Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody 8

9 Mikroorganizmy Co je biologická úprava odpadních vod? Úprava odpadních vod pomocí Velikost Bakterií: Mikroorganizmů => mikrometr! srovnání velikostí bakteríi lidských postav - země: 10-7 m 1 m m Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody 9

10 Mikroorganizmy Co mohou mikroorganizmy dělat? Mikroorganizmy se neživí znečištěním Mikroorganizmy provádějí úpravu odpadních vod přeměnou pomocí enzymů S (Substrát, při úpravě odpadních vod jde o znečištění) => P (Produkt, CO 2, N 2, apod.) + Energie (která je použita k růstu => přebytek biomasy!) S P + E Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody 10

11 Mikroorganizmy Co mohou mikroorganizmy dělat? Vhodné podmínky: - Mikroorganismy pracují zdarma - Často je to jediná cesta k cenově výhodné úpravě odpadních vod S P + E Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody 11

12 Mikroorganizmy/přeměny Aerobní degradace organických znečišťujících látek ( COD, BOD 5 ) Organická znečišťující látka + O 2 => CO 2 + H 2 O Ve skutečnosti: Organická znečišťující látka + O 2 => CO 2 + H 2 O + E + Bakterie + zbytková znečišťující látka Nadbytečné bakterie = až 50 % organických znečišťujících látek při čištění odp. vod! Zbytkové znečištění = obvykle % organických znečišťujících látek při čištění odpadních vod = 5-50 % při průmyslovém čištění odpadních vod (biodegradovatelnost!) = mohlo by být méně než 5 % v čističkách u prádelen (dobrá biodegradovatelnost) Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody 12

13 Mikroorganizmy/přeměny Degradace dusíku 3 kroky: org.n => NH 4 NH 4 + O 2 => NO 3 + H 2 O NO 3 => N 2 Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody 13

14 Mikroorganizmy/přeměny Degradace dusíku 3 kroky: org.n => NH 4 org.c NH 4 + O 2 => NO 3 + H 2 O O 2 org.c + NO 3 => N 2 + CO 2 + H 2 O - 3 kroky - Zcela odlišné podmínky (org.c, O 2 )! Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody 14

15 Mikroorganizmy/přeměny Degradace fosforu vysrážení (není biologické, viz níže) Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody 15

16 Mikroorganizmy/přeměny Degradace fosforu (biologickou cestou) anaerob anoxisch aerob Poly-P PO 4 PO 4 PO 4 PHB Poly Hydroxy Butanoic acid kurzkettige Fettsäuren NO 3 N 2 O 2 CO 2 - Pohlcování přebytku fosforu bakteriemi, odstraňování s nadbytečným kalem (Odstraňování fosforu z odpadních vod je omezeno, odlišné podmínky, není snadné jej zvládnout.) Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody 16

17 Mikroorganizmy/přeměny Anaerobní degradace organických látek znečišťujících prostředí Organické znečišťující látky => CH 4 + CO 2 - Žádné provzdušňování - Produkty s vysokou energií (spalování => energie, elektřina) - Podstatně méně zbytkového kalu - Vysoké koncentrace substrátu (COD > mg/l) - Používá se při stabilizaci anaerobních kalů Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody 17

18 Mikroorganizmy/přeměny Anaerobní degradace organických znečišťujících látek Organické znečišťující látky => CH 4 + CO 2 Ve skutečnosti: Organické znečišťující látky (Hydrolýza)=> fragmenty, zředěné znečišťující látky (Tvorba kyselin)=> H 2 + CO 2 + organ. kyseliny + alkohol (Tvorba kyseliny octové) => H 2 + CO 2 + kyselina octová (Tvorba methanu)> CH 4 + CO 2-4 kroky - 4 různé druhy mikroorganizmů - Důležité jsou stabilní podmínky (teplota, koncentrace produktů) Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody 18

19 Mikroorganizmy/přeměny Degradace odolných znečišťujících látek (olej, mastnota) 1. nerozpustná znečišťující látka + bio-tenzid => velmi malé kapky => pohlcení buňkou 2. přeměna: CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 => CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 OH => CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -COOH => CH 3 -CH 2 -CH 3 + CH 3 -COOH Princip: špatně biodegradovatelná dobře biodegradovatelná - tvorbou --COOH - oddělením C 2 -fragmentů (kyselina octová, => cyklus kyseliny citronové) Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody 19

20 Instalace techniky Konstrukce čističek odpadních vod: Zředěná odpadní voda Pevné lože Vytvořená mokřadla Kombinace Velmi jednoduchý proces Snadná údržba Pro málo nebo středně znečištěné odpadní vody Mikroorganizmy by se mohly vymýt Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody 20

21 Instalace techniky Konstrukce čističek odpadních vod: Zředěná odpadní voda Pevné lože Vytvořená mokřadla Kombinace proces aktivovaných kalů Recirkulace mikroorganizmů =>(vyšší koncentrace mikroorganizmů vedoucí k vyšším rychlostem odstraňování) Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody 21

22 Instalace techniky Konstrukce čističek odpadních vod: Zředěná odpadní voda Pevné lože Vytvořená mokřadla Kombinace Fixované mikroorganizmy Nedochází v vymývání Vyšší rychlosti průtoku Biofilm je méně citlivý Méně nadbytečného kalu Také se vyžaduje separace mikroorganizmů Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody 22

23 Instalace techniky Konstrukce čističek odpadních vod: Zředěná odpadní voda Pevné lože - reaktor s rotujícím diskem Vytvořená mokřadla Kombinace Mikroorganizmy rotují Střídavý kontakt vzduch / odpadní voda Nevyžaduje se provzdušňování Menší spotřeba energie trubkový reaktor (nedochází ke zředění toxické zátěže) Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody 23

24 Instalace techniky Konstrukce čističek odpadních vod: Zředěná odpadní voda Pevné lože - prosakovací filtr Vytvořená mokřadla Kombinace Mikroorganizmy na materiálu náplně (např. láva) Odpadní voda prosakuje Nevyžaduje se provzdušňování Nízká spotřeba energie Druhý krok v degradaci dusíku Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody 24

25 Instalace techniky Konstrukce čističek odpadních vod: Zředěná odpadní voda Pevné lože Vytvořená mokřadla Kombinace Čištění pomocí mikroorganizmů v oblasti kořenů Čištění je možné i v zimě (cca. 80 %) O 2 je dodáván rostlinami (např.rákosem) Krásný opticky vzhled ( ekologický ) Vyžaduje se velký prostor Je možná akumulace toxických látek (v půdě) Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody 25

26 Instalace techniky Konstrukce čističek odpadních vod: Zředěná odpadní voda Pevné lože Vytvořená mokřadla Kombinace biologické - chemické Ultrafialové záření, H 2 O 2, ozon - Oxidace odolných látek - Detoxikace - Zvýšení biodegradovatelnosti - Vysoká spotřeba energie - Musí se přidávat chemikálie Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody 26

27 Instalace techniky Konstrukce čističek odpadních vod: Zředěná odpadní voda Pevné lože Vytvořená mokřadla Kombinace biologické - chemické Srážení Vločkování Flotace - Odstraňování nebiodegradovatelných komponent - Doplňková separace pevných látek od kapaliny - Je třeba dodávat chemikálie - odstraňování odpadu! Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody 27

28 Instalace techniky Konstrukce čističek odpadních vod: Zředěná odpadní voda Pevné lože Srážení Např. odstraňování fosforu v čištění odpadních vod (soli Fe-III, soli Al) Vytvořená mokřadla Kombinace biologické - chemické Princip: Tvorba málo rozpustných komponent & sedimentace nebo separace Příklady: Odstraňování fosforu: PO Fe 3+ => FePO 3 Odstraňování kovů: Fe OH - => Fe(OH) 3 Cu OH - => Cu(OH) 2 (zvýšení ph) Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody 28

29 Instalace techniky Konstrukce čističek odpadních vod: Zředěná odpadní voda Pevné lože Vytvořená mokřadla Kombinace biologické - chemické Vločkování Dodatečné oddělování mikroorganizmů z čištěné vody Problém: - Rychlost usazování malých vloček mikroorganizmů nebo jednotlivých mikroorganizmů je pro technickou aplikaci příliš nízká - Rychlost usazování = f (průměru částic) 2 Princip: - Malé vločky nebo jednotlivé mikroorganismy se shlukují pomocí flokulačních činidel (organické, syntetické, vysokomolekulární a vodorozpustné polyelektrolyty, soli Fe(III), ) - Zvýšení velikosti vloček => zvýšení rychlosti usazování - Lepší odvodňování kalu Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody 29

30 Instalace techniky Konstrukce čističek odpadních vod: Zředěná odpadní voda Pevné lože Vytvořená mokřadla Kombinace Biologie & Filtry Např. pískový filtr - Pro doplňkové oddělování kalu - Lepší kvalita odtékající vody - Separace jednotlivých mikroorganismů - Adsorpce Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody 30

31 Instalace techniky Konstrukce čističek odpadních vod: Zředěná odpadní voda Pevné lože Vytvořená mokřadla Kombinace Recyklace odpadních vod => Vytékající voda bez bakterií => Eliminace zbytkového znečištění => Eliminace těžkých kovů => Eliminace solí Biologie & Membrány Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody 31

32 Instalace techniky Konstrukce čističek odpadních vod: Zředěná odpadní voda Pevné lože Vytvořená mokřadla Kombinace Biologie & Membrány Alternativa pro sedimentační nádrž - Vnější uspořádání => Odtékající voda bez bakterií => Eliminace zbytkového znečištění => Vyžaduje méně místa => Je modulární => Recyklování procesní vody Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody 32

33 Instalace techniky Konstrukce čističek odpadních vod: Zředěná odpadní voda Pevné lože Vytvořená mokřadla Alternativa pro sedimentační nádrž - Vnitřní uspořádání Kombinace Biologie & Membrány => Odtékající voda bez bakterií => Eliminace zbytkového znečištění => Vyžaduje méně místa => Je modulární => Recyklování procesní vody => Mikroorganismy zůstávají v reaktoru (specializované mikroorganismy) Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody 33

34 Instalace techniky Konstrukce čističek odpadních vod: Zředěná odpadní voda Pevné lože Vytvořená mokřadla Kombinace Biologie & Membrány Kombinace membrán Recyklování procesní vody Dodatečná eliminace solí a jiných znečisťujících látek Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody 34

35 Instalace techniky Čističky odpadních vod v prádelnách Všechny roztoky jsou použitelné v závislosti na problému & situaci Žádný kontinuální přívod odpadní vody - Vyžaduje skladovací nádrž Samočinné monitorování, údržba & opravy - Požadavek na personál - Personál se zaujetím pro provozovnu Kalkulace vlastní nákladů - Ekonomie provozních nákladů není světoborná - Investiční náklady relativně vysoké (=> dlouhá doba návratnosti) Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody 35

36 Instalace Čistička odpadních vod Příklad 1: O II I I I I Úprava odpadních vod jejich likvidací, bez recyklování m 3 /d EW - Eliminace COD > 93 % - Vypouštění do řeky - Snížení provozních nákladů 50 % Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody 36

37 Instalace Čistička odpadních vod Příklad 2: O II I I I I Úprava s recyklací m 3 /d EW - Eliminace COD > 96 % - Vypouštění do obecního kanalizačního systému - Snížení provozních nákladů 50 % & recyklování Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 5b Úprava odpadní vody 37