Domovní čistírny odpadních vod II

Transkript

1 Domovní čistírny odpadních vod II Obsah : DESAR systémy s oddělením moči Vegetační ČOV Biologické rybníky, biologické nádrže

2 DESAR nový přístup..budoucnost v čištění malých zdrojů, aneb dělení odpadních vod v místě vzniku podle původu na šedé, černé a žluté..

3 Barevné vody Šedé vody - vody z praní, koupání apod. Černé vody - voda z WC Žluté vody - moč - pokud se sbírá odděleně Nutrienty (3kg/rok) Šedé vody (2200 l/rok) Žluté vody (500 l/rok) Černé vody (1800 l/rok) N 8% 85% 7% P 40% (praní) 35% 25% K 26% 57% 17% CHSK 44% 11% 45% Závěr převážná část nutrientů je v moči a tak má smysl ji oddělit..

4 Záchodová mísa pro oddělení moči Zařizovací předměty na oddělení moči jsou již běžně k dostání.

5 Moč a co s ní..?..je již technicky vyřešeno, otázkou je legislativa.. Malé zdroje : -Nechat půl roku odstát a pak po naředění je možno použít na zálivku (doporučení WHO) Velké zdroje : -Výroba hnojiv stripováním nebo chemickým srážením s tím, že výsledným produktem je struvit..experimentuje se dále např. s vymražováním apod..

6 Hospodaření s barevnými vodami..tím,že voda obsahuje minimum nutrientů je pak možné snadněji likvidovat, nebo recyklovat. např. šedou vodu likvidovat v mokřadech a tuhé odpady využít přímo na výrobu bioplynu a hnojiv..

7 Hospodaření s barevnými vodami V zahraničí se tyto postupy používají hlavně u velkých administrativních budov nebo hotelů v některých zemích (Japonsko) je to přímo předepsané recyklovat část odpadních vod u velkých hotelů.. (tj. kombinuje se DESAR a membránové ČOV)

8 Další příklady pilotních studií Příklad řešení motorestu v Norsku V našich podmínkách je možné si představit využití této technologie u motorestů a dalších objektů, kde zejména moč působí v ČOV problémy díky vysokému obsahu amoniakálního dusíku a kde není možné tyto objekty napojit na velké ČOV

9 Příklady pilotních studií

10 Příklady pilotních studií

11 DESAR shrnutí Výhody technologie s rozdělením vod podle jejich původu: Minimalizují množství vypouštěných nutrientů Šetří náklady na čištění Umožňují bezproblémové vypouštění do podzemních vod (po stránce technické) Ve spojení s mikrofiltrací jsou pak i efektivním řešením pro recyklaci vod, nebo-li jejich znovupoužití

12 Zelené technologie Vegetační ČOV (zatím spíše pro méně EO) Biologické rybníky, biologické nádrže

13 Vegetační ČOV.. jsou alternativou zejména pro malé zdroje a tam, kde je nerovnoměrný nátok během roku (případně dokonce jen v létě) a tam kde není možnost napojení na el. energii u větších čistíren se s vegetativními způsoby stále ještě experimentuje tj. zatím se nepoužívají jako na běžícím pásu..

14 Vegetační ČOV Přehled o realizacích v Evropě (2007) ks Počet přírodních ČOV BUL CZE EST HUN LIT LAT POL ROM SVK SLO UKR

15 Vegetační ČOV Přehled o realizacích v ČR (podle Vymazala a Kröpfelové) Byly použity zejména pro malé lokality a sezónně obývané objekty

16 Vegetační ČOV Výsledky sledování účinnosti vegetačních ČOV..odstranění BSK, CHSK, NL výborné zejména u málo zatížených vod,..odstranění nutrientů P a N již méně a i cena realizace byla vyšší..

17 Vegetační kořenové čistírny odpadních vod Vegetační kořenové čistírny (půdní filtry s vegetací) se navrhují v uspořádání: S horizontálním povrchovým prouděním S horizontálním podpovrchovým prouděním S vertikálním prouděním směrem dolů S vertikálním prouděním směrem vzhůru S radiálním prouděním směrem do středu Vegetace kořenových čistíren rákos obecný, orobinec úzkolistý a širokolistý, skřípinec jezerní, chrastice rákosovitá, zblochan vodní aj.

18 Vegetační kořenová čistírna Na poli s rákosem uplatněno vertikální proudění Na poli s rákosem uplatněno horizontální proudění Potřebná plocha na 1 EO orientačně 5 m2

19 Přednosti a výhody Vegetační ČOV Jednoduché na obsluhu Estetická stránka Nevýhody Potřebná plocha Neflexibilní řešení problému Nižší schopnost odstraňování nutrientů Neověřené pro větší kapacity Doporučená literatura : Šálek, Žáková, Hrnčíř - Přírodní čištění a využívání vody bližší informace o knize na

20 Biologické nádrže Jsou také možným alternativním řešení, většinou tam kde díky kanalizaci odtékají vody méně znečištěné, nebo jen mechanicky předčištěné a jako případný další stupeň čištění v případech kdy to vyžaduje ohled na lokalitu.

21 Řešení s biologickou nádrží a např. maloprofilovou kanalizací septiky obec biologická nádrž

22 Řešení s biologickou nádrží Přednosti biologických nádrží spočívají: V poměrně jednoduchém stavebním provedení Srovnatelných investičních nákladech s umělou mechanicko-biologickou čistírnou Nižších provozních nákladech a úspoře energií Možnosti nárazového přetížení a čištění odpadních vod s vysokým podílem balastních vod Ve vysokém čisticím účinku při odstranění bakteriálního znečištění Poutání nutrientů vodní a příbřežní vegetací Ve zvýšení úživnosti dočišťovacích rybníků Environmentální charakter zařízení, možnosti příznivého začlenění do životního prostředí

23 Řešení s biologickou nádrží K slabším místům této technologie patří: Poměrně velká potřeba plochy biologické nádrže na 1EO Určitá závislost čisticího účinku na klimatických poměrech Nižší čisticí účinek v zimě bez přídavné aerace Poměrně dlouhá doba potřebná k odstranění amoniakálního znečištění U nás doposud nedostatek vhodných zařízení na těžbu sedimentů a odstraňování nadbytečné biomasy Potřeba umělé aerace v zimě a při přemnožení a následném odumírání řas a sinic v teplém letním období

24 Možnosti uplatnění biologických nádrží Aerobní biologické nádrže se používají: K čištění splaškových odpadních vod domů, vesnic a menších měst K čištění odpadních vod hotelů, rekreačních zařízení, letních táborů apod. K úpravě srážkových vod a čištění znečištěných povrchových vod K dočištění čištěných odpadních vod za mechanicko-biologickými čistírnami

25 Stabilizační nádrže Stabilizační nádrže se dělí na: a) Nádrže upravující fyzikální vlastnosti vody Chladící, jsou určené k chlazení oteplených vod Oteplovací, používají se k přírodnímu ohřevu vody Sedimentační slouží k zachycení usaditelných látek b) Nádrže upravující fyzikální, chemické a biologické vlastnosti tvoří Aerobní biologické nádrže s aerobním procesem čištění odpadních vod Fakultativní biologické nádrže s přechodným procesem anaerobního- aerobního čištění Anaerobní biologické nádrže s převládajícím anaerobním procesem čištění

26 Rozdělení biologických nádrží Biologické nádrže určené k čištění odpadních vod se také dělí na: a) Aerobní biologické nádrže Nízkozatěžované nádrže Vysokozatěžované nádrže Průběžně provzdušované nádrže Dočišťovací nádrže (dočišťovací biologické rybníky) b) Fakultativní nádrže s přechodným anaerobním aerobním režimem čištění, předřazené aerobním BN c) Anaerobní biologické nádrže Průtočné nádrže Sedimentační nádrže Akumulační nádrže

27 Limitní podmínky použití aerobních BN Aerobní BN jsou podmíněně vhodné resp. nevhodné k čištění odpadních vod: S vysokým podílem organického znečištění (kejdou, močůvkou apod.) Extrémně kyselých, zásaditých a odpadních vod obsahujících toxické látky v nadlimitní koncentraci Z infekčních oddělení nemocnic, veterinárních léčeben, kafilérií apod. Obsahujících deriváty ropy, radioaktivní látky a tenzidy v nadlimitní koncentraci Půdní smyvy s vysokou koncentrací jílnatých částic a pesticidů

28 Čisticí procesy v biologických nádržích Čisticí procesy v aerobních biologických nádržích spočívají v sedimentaci usaditelných látek, biologické a chemické flokulaci, oxidaci, přeměně a poutání jednotlivých látek,příjmu organických sloučenin heterotrofními mikroorganizmy, fermen- tativním štěpení proteinů, biologické transformaci organického dusíku na amoniak, dusitany, dusičnany, asimilaci dusíkatých sloučenin autotrofními a heterotrofními mikroorganizmy aj. Na vazbě minerálních iontů z vody se významným způsobem podílejí vodní a pobřežní rostliny. Rychlost jednotlivých reakcí ovlivňují energetičtí a hydrologičtí činitelé, koncentrace a složení odpadních vod, mikrobiální znečištění, složení biomasy apod.

29 Zjednodušené schéma průběhu čisticích procesů v aerobních biologických nádržích Schéma a modelový výzkum

30 Odstranění mikrobiálního znečištění v BN Průběh odstranění mikroorganizmů v závislosti na době zdržení a teplotě podle Sauzeho (1976) C t / C o = 1 / (1+K) kde K je rychlost odstraňování mikroorganizmů (viz graf) C o,c t množství mikroorganizmů na přítoku a odtoku při době zdržení t

31 Čisticí procesy v BN s plovoucí biomasou stanovení kyslíkového režimu A - Aerobní zóna B - Přechodná anoxická zóna C - Anaerobní zóna D - Sedimenty

32 Postup při návrhu aerobních biologických nádrží (BN) na čištění odpadních vod Vychází se z množství a složení odpadních vod Navrhne se mechanický stupeň čištění a způsob nakládání s dešťovými vodami Navrhne se potřebná plocha BN na 1EO, hloubka nízkozatěžovaných biologických nádrží se pohybuje od 0,8 do1,2 m. Stanoví se uspořádání BN, počet sériově zapojených,biologických nádrží a kyslíkový režim Navrhne se potřebná technologie a objekty Vyhodnotí se čisticí účinek soustavy Začlení se zařízení do krajiny, navrhnou se ochranná pásma kolem biologických nádrží Vyřeší se způsob nakládání s kaly a odpady

33 Nezbytné mechanické čištění odpadních vod Požadavky na uspořádání mechanického stupně čištění předřazeného aerobním biologickým nádržím a) U jednotlivých malých producentů se požaduje funkční biologický septik s lapákem tuku b) U menších producentů (skupin domů apod.) se navrhují jemné ručně stírané česle, lapák písku a dvojice zemních usazovacích nádrží na střídavý odkalovací provoz c) U obcí a menších měst se navrhují jemné strojně stírané česle, lapák písku, dokonale funkční usazovací nádrže s minimálně 2 hodinovým zdržením (štěrbinové nádrže, usazovací nádrže s horizontálním prouděním a odděleným kalovým hospodářstvím.

34 Vybrané kombinace uspořádání biologických nádrží 1 až 5

35 Stručná charakteristika jednotlivých uspořádání 1) Dvojice nízkozatěžovaných biologických nádrží doplněných přídavnou aerací v zimním období 2) Anaerobní biologická nádrž s protipachovou aerací a několik stupňů aerobních biologických nádrží 3) Fakultativní nádrž s přechodným režimem a minimálně dvě aerobní biologické nádrže 4) Průběžně provzdušovaná biologická nádrž a aerobní biologické nádrže 5) Dvojice nízkozatěžovaných biologických nádrží a následující akumulační nádrž pro krátkodobou akumulaci s následným využitím čištěných odpadních vod např. na závlahu

36 Zdroje kyslíku aerobních biologických nádržích Zdroje kyslíku v BN: Přitékající povrchová voda Balastní prokysličené vody Přestup kyslíku hladinou na styku s atmosférou Produkce kyslíku v procesu fotosyntézy řas a sinic Prokysličení dopadem dešťových kapek a prokysličení větrem Umělé provzdušení Výzkum vlivu větru

37 Čisticí účinek aerobních biologických nádrží Výpočet čisticího účinku C odt = C přít / (1+K 1.t / n) n (2) kde C odt a C přít je hodnota BSK 5 v odtékající a přitékající vodě (g.m -3 ) t průměrná doba zdržení (d) n počet sériově zapojených nádrží K 1 - rychlost odstranění K 1 = f( objemového zatížení, teploty a doby zdržení) Objemové zatížení L=C př / t (g.m -3.d -1 ), vypočte se např. podle Uhlmanna (1983, 1985)

38 Výpočet součinitele rychlosti eliminace BSK 5 podle Prof.Uhlmanna

39 Čisticí účinek biologických nádrží v závislosti na počtu nádrží a teplotě Stanovení výsledného čisticího účinku η: n-počet nádrží (ks) S př - zatížení BSK 5 (mg/l) na přítoku t -doba zdržení (dny) T-teplota odpadní vody ve ( C)

40 Blokové schéma matematického modelu stanovení čisticího účinku aerobních biologických nádrží

41 Orientační návrhové parametry aerobních biologických nádrží Návrhové parametry aerobní BN Aerobní biologické nádrže Jednotka Neprovzdušené Provzdušené Dočišťovací Specifická m 2 10 až15 2 až 3 > 15 plocha (1EO) Střední hloubka m 0,8 až 1,2 1,5 až 2,5 1 až 3 Doba zdržení dny 20 a více 5 a více 10 až 30 Oxidační poměr 1,5 a více

42 Schémata uspořádání aerobních biologických nádrží Příklady uspořádání aerobních BN: Uspořádání pro malé obce do EO Průběžně provzdušované BN Kombinace BN s akvakulturami Kombinace BN se závlahou odpadními vodami Dočišťovací BN

43 Schéma jednoduchého uspořádání BN pro obce do 600 EO 1-přítok odpadní vody 2-odlehčovací komora 3-jemné česle 4-lapák písku 5-štěrbinová usazovací nádrž 6,7-aerobní biologické nádrže 8-dešťová zdrž 9-vodní tok 10-hladinové aerátory 11-kalová pole 12-obtoky

44 Uspořádání jednoduchých aerobních biologických nádrží

45 Průběžně provzdušované aerobní biologické nádrže 1-přívod odpadní vody 2-jemné česle 3-usazovací nádrže 4- provzdušované nádrže 5-různé typy aerátorů 6-7-aerobní biologické nádrže 8-vyústění čištěných odpadních vod 9-regulační šachtice 10-dvojice usazovacích nádrží 12-obtoková a recirkulační potrubí 13-čerpací stanice na obtoku 14-vodní tok

46 Průběžně provzdušovaná BN

47 Schéma kombinace BN s akvakulturami 1-přívod odpadní vody, 2-oddělovací komora, 3-jemné česle, 4- provzdušovaný odstředivý lapák písku, 5-štěrbinová nádrž, 6-dešťová zdrž, 7- periodicky provzdušovaná aerobní biologická nádrž, 8-regulační šachtice a převodní potrubí, 9-aerobní BN, 10-nádrž s okřehky, 11-výtok z BN, 12-plovoucí rošty, 13-jímka na vytěžený okřehek, 14-vodní tok

48 Schéma kombinace BN se závlahou 1-přívod odpadní vody, 2-odlehčovací komora, 3-česle,4-lapák písku, 5- štěrbinová usazovací nádrž, 6-dešťová zdrž, 7-vodní tok, 8-8a,b aerobní biologické nádrže, 9-akumulační nádrž, 10-rotační bubnové síto na zachycení biomasy, 11-kompostovací jímka na biomasu,12-čerpací stanice, 13-závlahové potrubí,14-aerátory, 15-kalové potrubí, 16-závlaha

49 Zajištění rovnoměrnosti průtoku v BN Rovnoměrnost průtoku se docílí těmito opatřeními: Rozdělením přítoku po celé přívodní straně Rozdělením odběru po celé odběrné straně Nornými stěnami kolmo na směr průtoku Sítěmi s řasovými nárosty kolmo na směr průtoku Vegetačními plůtky kolmo na směr průtoku Dělícími hrázkami mezi nádržemi, vytváření průtočných kaskád nádrží Rovnoměrnost rozdělení průtoků se řeší pomocí fyzikálních a matematických modelů, příklad výstupu z matematického modelu je znázorněn na dalším schématu

50 Rozdělení průtoku v biologické nádrži před a po uspořádání vtoků a výtoků (Jednotlivé značky znázorňují vektory rychlosti v příslušných bodech biologické nádrže)

51 Dělící sítové clony s řasovými nárosty (použité sítě výšky 1 m z plastů)

52 Dočišťovací biologické nádrže Dočišťovací biologické nádrže jsou určené: K zachycení a čištění povrchových smyvů ze zemědělsky obhospodařovaných půd Dočišťování čištěných odpadních vod (tvoří druhý stupeň biologického čištění) K úpravě (zlepšení) jejich fyzikálních, chemických a biologických vlastností, poutání a využívání nutrientů Při současném plnění jejich ostatních funkcí např. chovu ryb, zásobní a retenční funkci. Přiváděná znečištěná voda musí být rovnoměrně rozmístěná po celé nádrži, aby se docílilo maximálního dočišťovacího účinku a nevznikaly zkratové proudy

53 Pobřežní rostliny u dočišťovacích rybníků Orobinec úzkolistý a rákos obecný v litorální zóně

54 Objekty na aerobních biologických nádržích a) Měrná zařízení - měrné přepady, žlaby, měrná zařízení v potrubí, měření výšky hladiny,analyzátory aj. b) Rozdělovací a regulační objekty c) Nápustné a převodní objekty u jednotlivých nádrží d) Usměrňovací stavby, norné stěny v biologických nádržích e) Odběrné a výpustné objekty z biologických nádrží f) Bezpečnostní přelivy (u BN připojených na jednotnou stokovou síť a pod.) g) Aerační zařízení různého typu a uspořádání h) Zařízení na odstraňování nadbytečné biomasy a odkalování

55 Měrné objekty a) Měrný přepad b) Měrný Parshallův žlab

56 Otevřené měrné žlaby a) Otevřeny venturimetr b) Parshallův žlab 1-přívod odpadní vody, 2-vtok, 3-otevřený venturimetr, 4-odpad, 5- tlakový, ultrazvukový aj. snímač výšky hladiny

57 Přívodní a výpustné zařízení - alternativa A 1a,b-biologické nádrže, 2-norná stěna, 3-regulační požerák z lpe, 4-převodní potrubí z lpe, 5-hráz, 6,7-výpustná šachtice

58 Přívodní a odběrné zařízení alternativa B a) 1-přívodní potrubí, 2-šachtice, 3-rozdělovací potrubí, 4-rozrážeče, 5- biologická nádrž b) 1-biologická nádrž, 2,6-výpustní potrubí s uzávěrem,3-odběrný žlábek, 4- norná stěna, 5-šachtový přeliv, 7-přístupová lávka, 8-hráz

59 Přívodní a odběrné zařízení - alternativa C 1-přívod odpadní vody, 2-rozdělovací šachtice, 3-rozdělovací potrubí, 4- těsnící membrána (u propustného podloží), 5-biologická nádrž,6-dlužová stěna, 7-šachtový přeliv, 8-výpustný objekt,9-9,11-výpustné potrubí, 10- odběrné perforované potrubí

60 Umělé provzdušení aerobních biologických nádrží Druhy používaných aeračních zařízení: Hladinové vrtulové aerátory, Dnové trubní a deskové mikrobublinkové aerátory Ejektorové aerátory aj. Dnové pneumatické aerátory, vzhledem k malé hloubce biologických nádrží, je možné použít jen v předřazené provzdušovací nádrži hloubky min. 2,5 m. Provoz aerátorů je ovládán kyslíkovými čidly, umístěnými v biologické nádrži

61 Uspořádání provzdušovacích zařízení na aerobních BN (Hladinové aerátory)

62 Provzdušované biologické nádrže Plovoucí ejektorové aerátory používané na BN ve Francii v ČR dodává např. ASIO s.r.o.

63 Odstranění nadbytečné biomasy Plovoucí sběrné zařízení Odstraňování nadbytečné biomasy: Mechanickým stíráním z hladiny Zachycením pomocí rotačních bubnových sít na výtoku Plovoucím sběrným zařízením viz obrázek Zařízení na sběr biomasy v ČR ASIO s..r.o.

64 Odkalovací zařízení na BN používané v SRN Jednoduchý převozný (mobilní) sací bagr na odkalování biologických nádrží 1-biologická nádrž, 2-kal, 3-podvozek sacího bagru s rozrušovacím zařízením,4-pohon podvozku a rozrušovacího zařízení, 5-naviják, 6-kotva, 7-kalové čerpadlo, 8-plováky, 9-kalové potrubí, 10 naviják, 11- přívod na kalová pole resp. do cisterny, 12-kalové pole, 13-transportní cisterna

65 SCHÉMA SOUSTAVY BN v jižní Francii Mechanické čištění OV Anaerobní biologická nádrž

66 Příklad staršího jednoduchého uspořádání biologických nádrží v Christgrün SRN (Výzkumný objekt Prof.Uhlmanna TU Dresden)

67 Právě dokončená soustava biologických nádrží v dep. Hérault (jižní Francie)

68 Nakládání s odpady z aerobních biologických nádrží a) Písek z lapáku písku se vypere a využije, nebo odveze na skládku b) Stabilizovaný kal z primární sedimentace se odvodní a využije jako hnojivo, alternativně využije v tekutém stavu c) Sedimenty ze dna biologických nádrží se vytěží, odvodní na kalových polích, mělkých lagunách a dále se kompostují resp. využijí jako hnojivo d) Shrabky z česlí se vysuší a odvezou na skládku e) Zachycená plovoucí biomasa a mokřadní porosty z litorální zóny se kompostují a využijí jako hnojivo na zemědělských půdách

69 Závěr Předložená presentace stručnou formou pojednává o zásadách návrhu a využívání aerobních biologických nádrží. Podrobnosti s řešením této problematiky jsou uvedené v publikaci: Šálek-Tlapák: Přírodní způsoby čištění znečištěných povrchových a odpadních vod ČKAIT Praha, 2006, 283 s.

70 Další zdroje informací