MODELOVÁ JEDNOTKA PRIEMYSELNEJ ČOV DUSLO A.S. S MEMBRÁNOVÝM BIOREAKTOROM

Transkript

1 MODELOVÁ JEDNOTKA PRIEMYSELNEJ ČOV DUSLO A.S. S MEMBRÁNOVÝM BIOREAKTOROM Peter Németh, Mikuláš Buday 2, Daniel Vilím 3, Igor Bodík 4 DUSLO a.s., Šaľa, 2 VUCHT a.s., Nobelova 34, Bratislava, 3 ENVI-PUR s.r.o., Kpt. Jaroše 358, Tábor, 4 ÚCHEI FCHPT STU, Radlinského 9, Bratislava 1 ABSTRAKT Použitie membránových separátorov v priemyselných čistiarňach odpadových vôd je veľakrát spájané s otázkami ich funkčnosti a životnosti. Kým v komunálnych ČOV je možné využiť skúsenosti z predchádzajúcich aplikácií, u priemyselných ČOV (napríklad ak sa jedná o tak zložité odpadové vody ako v DUSLO a.s.) sa obvykle skúšajú procesy na modelových zariadeniach. Na základe pozitívnych výsledkov z predchádzajúcich testov s membránovou separáciou OV sa v Duslo a.s. v roku 2008 inštalovala pilotná jednotka, ktorá v plnej miere kopíruje jestvujúce procesy doplnené o progresívne čistiarenské postupy, jedným z ktorých je aj membránová separácia kalu. ÚVOD Myšlienka využitia membránových procesov v ČOV Duslo a.s. vychádzala z poznatkov o vlastnostiach aktivovaného kalu, ktorý má odlišnú morfológiu oproti štandardnej biomase. Časť aktivovaného kalu má veľmi dobré sedimentačné vlastnosti, pomerne veľká časť biomasy je však v malých zhlukoch, ktoré pomaly sedimentujú a sú vyplavované do odtoku cez usadzovaciu nádrž. Prvotným cieľom bolo odskúšanie membránovej separácia na dočistenie odpadových vôd a to: 1. odstránenie NL z odpadových vôd 2. Zníženie parametra CHSK a BSK 3. Zníženie zákalu a farebnosti vyčistených odpadových vôd Tieto ciele boli stanovené jednak z dôvodu zníženia výstupných parametrov, a tým vytvorenie rezervy medzi aktuálnym stavom a limitnými hodnotami, ktorá by bola potrebná v prípade rozvoja chemickej výroby akciovej spoločnosti. Ďalším cieľom bolo zníženie parametrov, ktoré majú priamy vplyv na poplatky za vypúšťanie odpadových vôd. Na dočistenie odpadových vôd bolo použité modelové zariadenie s blokom membránových separátorov od firmy Martin Systems typ si Claro FM 611. Zariadenie bolo testované 1 rok a boli zistené tieto skutočnosti 1. Použitím membránovej separácie sa podarilo oddeliť z odpadovej vody všetky nerozpustné častice. Ich priemerná koncentrácia na vstupe do MF bola 60 mg/l. Prefiltrovaná voda bola číra, s miernym hnedo-fialovým zafarbením 2. Farebnosť odpadových vôd, meraná fotometricky pri vlnovej dĺžke 400 nm poklesla po úprave na MF o 81%. 3. Odstránením nerozpustných látok, koloidov a špecifických makromolekulových zlúčenín sa znížila priemerná výstupná CHSK odpadovej vody po biologickom čistení z priemernej hodnoty 366 na hodnotu 189. Pokles CHSK bol 48%. Tento významný pokles hodnoty CHSK je pravdepodobne spôsobený tým, že okrem separácie vyplavovaných čiastočiek aktivovaného kalu z aktivácie sa zachytávali aj iné organické látky, ktoré nie sú biologicky rozložiteľné a sú pri tom buď v nerozpustnej forme alebo majú veľkosť častíc (molekúl) väčšiu ako sú otvory pórov membrány 4. V podmienkach ČOV DUSLO a.s., kde sú permanentné problémy s procesmi nitrifikácie, ktoré sú zapríčinené charakterom čistených vôd, sa použitím membránových separátorov podarilo zvýšiť účinnosť nitrifikácie na úroveň úplného odstraňovania amoniakálneho dusíka. Nábeh nitrifikácie bol pozorovaný po

2 relatívne krátkej dobe od začatia jednotlivých etáp testovania pilotnej jednotky. Rýchly a intenzívny nábeh nitrifikačných procesov, bez dávkovania aktivovaného kalu do nádrže, v ktorej bola filtrovaná odpadová voda si vysvetľujeme princípom vychytávania veľkého množstvo unikajúcich nitrifikačných mikroorganizmov z vody po biologickom čistení na membráne. 5. V rámci testovania membránového modelu boli vykonané skúšky na toxicitu odpadovej vody pred a za membránovým modulom. Na testovanie boli vybraté citlivé organizmy, fotoluminiscenčné baktérie (Vibrio fischeri) a zelené riasy (Scenedesmus subspicatus). Obe testované organizmy preukázali významný pokles toxicity odpadovej vody po prechode cez membránu a to Vibrio fischeri asi na 1/6 z pôvodnej hodnoty a u zelenej riasy sa zmenila toxicita indexu IC 50 z 312 mg.l -1 na charakter bez zjavnej toxicity. Na základe vyššie uvedených pozitívnych výsledkov sa rozhodlo o pokračovaní testov na pilotnej jednotke, kde budú implementované všetky jestvujúce aj novo navrhované čistiarenské procesy. POROVNANIE TECHNOLOGICKÉHO DIZAJNU SÚČASNEJ A NAVRHOVANEJ ČOV Obrázok č.1. Technologická schéma súčasnej biologickej ČOV Duslo a.s. Súčasné technologické usporiadanie ČOV predstavuje dvojstupňovú aktiváciu s oxickými a anoxickými zónami. Objem aktivácie prvého stupňa je približne dvojnásobkom druhého stupňa. Navrhnuté zmeny oproti súčasnej technológii sú doplnenie regeneračnej zóny na základe pozitívnych výsledkov z dielčích aj komplexných výskumov, vykonaných VUCHT a.s.. redukcia objemu 1. stupňa na ½ súčasného väčšinu ročného fondu pracovnej doby je v chode iba ½ 1. stupňa a z prevádzkových skúseností je zrejmé že tento objem je postačujúci. Rozšírenie technológie o nitrifikáciu anorganických odpadových vôd. V rámci zmeny koncepcie ČOV sa budú čistiť v biologickej ČOV aj vybrané prúdy anorganických odpadových vôd z výroby hnojív. V týchto vodách sa nenachádzajú inhibítory nitrifikácie a očakáva sa dobrá účinnosť odstraňovania amoniakálneho dusíka. Okrem toho bude kal z tejto nádrže používaný aj na inokuláciu ostatných nitrifikačných zón hlavne druhého stupňa aktivácie. Využitie ¼ súčasného 1. stupňa na nitrifikáciu v 2. stupni. Tým sa zväčší objem 2 stupňa o 50%. Zaradenie mebránového bioreaktora za súčasným druhým stupňom resp. jeho integrovanie do druhého stupňa aktivácie

3 Obrázok č.2 Návrh nového technologického usporiadania biologickej ČOV Duslo a.s. Legenda: OOV organické odpadové vody, AOV anorganické odpadové vody, R- regenerácia, D denitrifikácia, N nitrifikácia, DN dosadzovacia nádrž, MBR membránový bioreaktor POPIS MODELOVEJ JEDNOTKY Základné parametre modelovej jednotky: Modelový pomer 1:1900 (MJ reálna ČOV) Zdržná doba v aktivácii 1. stupeň - 12,7 h Zdržná doba v aktivácii 2. stupeň - 16,8 h Sušina kalu v 1. stupni aktivácie 6-8 g/l Sušina kalu v 2. stupni a membránovej sekcii 6-18 g/l Celkové objemové zaťaženie aktivácie 1,5 kg/m 3.d Plocha membrány použitého modulu 31 m 2 Projektovaný flux 11,6 l/m 2.h Organická odpadová voda je prečerpávaná do modelovej jednotky z vstupného potrubia zmesi odpadových vôd do stávajúceho I. stupňa biologickej ČOV. Organická OV vstupuje najskôr na mechanické predčistenie na rotačnom site. Organická odpadová voda je z nádrže pod rotačným sitom prečerpávaná cez prietokomer a regulačný ventil do denitrifikačnej nádrže D1. Nádrž D1 o objeme 1,44 m 3 je vybavená miešadlom, ktorým je ponorné čerpadlo. V nádrži D1 dochádza k zmiešavaniu pritekajúcich organických OV s aktivovaným kalom pritekajúcim z regenerácie R. Nádrž regenerácie kalu o objeme 0,72 m 3 je prevzdušňovaná vzduchom pomocou prevzdušňovacích elementov

4 ktoré sú umiestnené na dne nádrže. V nádrži D1 prebieha proces predradenej denitrifikácie. Na doplnenie prípadného deficitu organických látok potrebných pre denitrifikáciu je dávkovaný organický substrát, ktorý je skladovaný v plastovom zásobníku. Z nádrže D1 čistená voda odteká do nádrže N1 o objeme 0,77 m 3, ktorá je určená na procesy nitrifikácie organických OV a odstraňovania organických látok. Nádrž N1 je prevzdušňovaná dúchadlom cez prevzdušňovacie elementy. Obsah rozpusteného kyslíka v OV je meraný kyslíkomerom, a na základe tejto hodnoty je regulované množstvo dodávaného vzduchu do nitrifikácie. Z nádrže N1 odteká zmes OV a aktivovaného kalu do usadzovacej nádrže o objeme 0,57 m 3, ktorá je vstavaná v nádrži N1. V usadzovacej nádrži dochádza k oddeleniu aktivovaného kalu, ktorý je recirkulačným čerpadlom dopravovaný cez prietokomer do nádrže regenerácie R. Nadmerný prebytočný kal z modelovej jednotky je možné odpustiť do stávajúcej biologickej ČOV cez prietokomer. Z nádrže N1 do D1 je možné zabezpečiť pomocou čerpadla internú recirkuláciu, ktorá je meraná cez prietokomer. Očistená voda z I. stupňa odteká žľabom uzadzovacej nádrže do nitrifikačnej nádrže N22. Nádrž N22 o objeme 1,38 m 3 je prevzdušňovaná. Obsah kyslíka je meraný kyslíkomerom a slúži tiež na reguláciu množstva dodávaného vzduchu do nitrifikácie N22. Miešanie nádrže počas odstavenej aerácie je zabezpečené ponorným čerpadlom. Anorganická odpadová voda je čerpaná z otvoreného kanála AOV ponorným čerpadlom do plastovej zásobnej nádrže. Z tejto nádrže je prečerpávaná cez prietokomer a regulačný ventil do modelovej jednotky - nitrifikačnej nádrže N21. Na simuláciu potrebného zloženia vstupujúcich anorganických odpadových vôd sa dávkujú dusíkaté zlúčeniny - zmes čpavkovej vody a dusičnanu amónneho. Táto zmes je skladovaná v 50 l plastovom zásobníku a dávkovacím čerpadlom je doplňovaný prúd anorganických vôd pred vstupom do modelovej jednotky. Nádrž N21 o bjeme 1,47 m 3 je prevzdušňovaná vzduchom z dúchadla. Z nádrže N21 odteká zmes OV a aktivovaného kalu do usadzovacej nádrže o objeme 0,57 m 3, ktorá je vstavaná v nádrži N21. Očistená voda odteká žľabom do denitrifikačnej nádrže D2. Kal z usadovacej nádrže je recirkulovaný čerpadlom. Odpadové vody z nitrifikácie N21 a nitrifikácie N22 odtekajú do denitrifikačnej nádrže D2 o celkovom objeme 2,85 m 3. Miešanie nádrží je vykonávané ponornými čerpadlami Prvá sekcia nádrže D2 (1/4 objemu) môže byť alternatívne prevzdušňovaná alebo miešaná podľa potreby posilnenia nitrifikačných alebo denitrifikačných procesov. Na doplnenie deficitu organických látok potrebných pre denitrifikáciu je do nádrže D2 dávkovaný organický substrát, ktorý je skladovaný v plastovom zásobníku. Čistené odpadové vody po procesoch nitrifikácie a denitrifikácie sú čerpané z nádrže D2 cez prietokomer do nádrže membránovej separácie M o objeme 1 m 3 v ktorej je inštalovaný membránový modul PURON PSH31 od firmy KOCH Membrane system. Modul je prevzdušňovaný vzduchom z dúchadla, ktorý sem vstupuje tryskami zabudovanými v distribútore v spodnej časti membrány. Množstvo vzduchu je regulovateľné a je merané rotametrom. Očistená voda - permeát - je odsávaná cez steny dutých vlákien membrány do zberného potrubia čerpadlom cez prietokomer do nádrže očistenej vody. Prebytočný kal zo systému denitrifikácie a membránovej separácie je čerpaný z nádrže D2 do regenerácie R cez prietokomer. Na chemické čistenie membrány je privedená čerstvá voda cez solenoid a prietokomer. Chemikálie pre chemické čistenie sú skladované v zásobných bareloch, z ktorých sú čerpadlami počas procesu regenerácie dávkované do membránového modulu. Znázornenie membránového modulu

5 Projektované vstupno - výstupné parametre Vstup - organické odpadové vody Prietok CHSK NH4 NO3 NO2 M3/d mg/l mg/l mg/l mg/l Vstup - anorganické odpadové vody Prietok CHSK NH4 NO3 m3/d mg/l mg/l mg/l Výstup odtok z ČOV CHSK BSK5 NH4 + NO3 - NO2 - NL Ekotoxicita Mg.l -1 mg.l -1 Mg.l -1 mg.l -1 Mg.l -1 mg.l -1 % max. 170 max. 30 max. 5 max. 15 max. 3 max. 2 max. 45 PLÁNOVANÝ PRIEBEH PILOTNÝCH SKÚŠOK 1. Fáza Doladenie prevádzky technologických zariadení čerpadlá, aerácia atď. 2. Fáza Nastavenie vhodných technologických parametrov sušiny a veky kalov, oxické a anoxické zóny, dávkovanie extereho substrátu 3. Fáza Dosiahnutie požadovaných parametrov nepretržite minimálne počas 2. mesiacov 4. Fáza odskúšanie prevádzky pri zmenených parametroch látkové zaťaženie, nové typy organických látok na vstupe, redukcia objemu aktivácie a pod. 5. Fáza cca po 1 roku ustálenej prevádzky - vyhodnotenie výsledkov a využitie ako podklady pre rozhodovací proces pri rekonštrukcii jestvujúcej ČOV ZÁVER Cieľom pilotných skúšok je overenie vhodnosti membránovej technológie v podmienkach ČOV Duslo a.s. Doteraz vykonané testy poukazujú na výraznú zmenu v kvalite vyčistených odpadových vôd, predovšetkým v ukazovateľoch vyjadrujúcich koncentráciu organických látok. Významným aspektom je zníženie toxicity na úroveň zhodnú s požiadavkami zákona o vodách. Po zaradení membránovej separácie sa očakáva aj stabilizácia procesov odstraňovania dusíka, najmä nitrifikácie. Pilotné skúšky sú vykonávané priamo na prevádzke ČOV a je modelová jednotka je obsluhovaná vlastnými pracovníkmi Duslo a.s. Dodávateľom modelovej jednotky je firma Envi-Pur s.r.o. Firma zabezpečuje aj technický servis počas ročnej prevádzky zariadení. Na základe dohody zástupcov ÚCHaEI FCHPT STU a Duslo a.s. bol ÚCHaEI podaná žiadosť o projekt APVV. Program projektu je zameraný na výskumné práce, doplňujúce prevádzkové testy na modelovom zariadení. Časť výskumných prác, ako aj technickej a technologickej podpory bude realizovaných firmou VUCHT a.s. POĎAKOVANIE Príspevok vznikol v rámci riešenia APVV projektu MEMDUS LITERATÚRA: 1. Németh P., Švikruha L., Kratochvíl K. (2006) Čistenie priemyselných odpadových vôd v Duslo a.s. membránovou technológiou na poloprevádzkovom modelovom zariadení, Konferencia OV Produktový manuál - PURON HOLLOW FIBER MODULE, A Koch Chemical Technology Group, LLC Company 3. Bilanin M. (2000) Membránová technika v biologickom čistení odpadových vôd súčasný stav a jeho perspektívy v podmienkach SR. Odpadové vody 2000, Tatranské Zruby 4. Payraudau M., Bord G., Philipot J.-M., Chudoba P., Čížik M. (2005). Membránová separační technologie Biosep praktické skušenosti. Medzinárodná konferencia WASTEWATER 2005, Teplice