OCHRANA VOD Ing. Petr Stloukal Ph.D. Ústav ochrany životního prostředí Fakulta technologická Univerzita Tomáše Bati Zlín
Sylabus přednášky 1) Pojmy, obory, legislativa 2) Znečištění vod (samočistící schopnost vod, znečišťující látky, ukazatele znečištění) 3) Technologie, kterými se ovlivňuje složení vod - Úprava pitných vod - Čištění odpadních vod 2
Sylabus přednášky 1) Pojmy, obory, legislativa 3
Rozdělení vod Typy vod z hlediska ŽP Přírodní - Atmosférické - Povrchové (tekoucí, stojaté, mořské) - Podzemní (prosté, minerální) Odpadní - Splaškové - Průmyslové
Rozdělení vod Přírodní vody Atmosférické - veškerá voda v zemském ovzduší, bez ohledu na její skupenství Povrchové - voda na zemském povrchu ve formě různých vodních útvarů - Kontinentální (tekuté, stojaté), mořské Podzemní - podpovrchová voda voda v zemské kůře ve všech skupenstvích - Přirozeně v horninovém prostředí - vznik infiltrace srážkových a povrchových vod, kondenzace vodních par v půdě. - Rozmanité chemické složení dle iontů (převážne Ca 2+, Mg 2+, dále pak Na +, K +, Fe 3+, Al 3+, Mn 2+, atd.)
Rozdělení vod Přírodní vody
Rozdělení vod Odpadní vody Splaškové - vznik - každodenní lidská činnost (domácnosti, školy, úřadů, atd. - přibližně stejné složení. - obsahuje i oplachové vody (vodu z mytí ulic) a dešťovou vodu ze srážek. - zpracovává se na městských čistírnách odpadních vod (ČOV). Průmyslové - vznik - průmyslové podniky (technologické vody, chladící vody) - míra a charakter znečištění - druh průmyslu, použité technologii výroby. - čistění buď přímo v podniku nebo přímo v městské ČOV.
Obory Hydrologie - zabývá se zákonitostmi časového a prostorového rozdělení a oběhu vod, fyz. chem a biol. vlastnostmi. - hydrochemie: chemická charakterizace vod Hydrogeologie - vyhledávání zdrojů podzemních vod a jejich ochranou Vodní hospodářství - soubor činností k ochraně a rozvoji vodních zdrojů a k ochraně proti škodlivým účinkům vody - plánování, vyvíjení, rozšiřování a optimalizace
Ochrana vod Základní dvě hrozby - nedostatek - znečištění Soubor opatření, sloužících: - k ochraně vod před všemi druhy znečištění - k omezení a odstranění následků znečištění - k zabránění vyčerpání vodních zdrojů Právní zázemí - směrnice 2000/60/ES z 23. října 2000. - zákon č. 150/2010 Sb., vodní zákon
Sylabus přednášky 2) Znečištění vod (samočistící schopnost vod, znečišťující látky, ukazatele znečištění) 10
Znečišťování vody Přirozený výskyt příměsí a rozpuštěných látek Znečištění relativní pojem, záleží na účelu použití Třídy jakosti povrchových vod - ČSN 75 7221 z roku 1998 určuje pět tříd jakosti podle 46 kritérií: (http://envis.praha-mesto.cz/rocenky/pr_99/kap_021.htm) 1 - velmi čistá voda 2 - čistá voda 3 znečištěná 4 - silně znečištěná voda 5 - velmi nečistá voda
Znečišťování vody Ukazatele znečištění Fyzikální ukazatele + organoleptické - teplota, barva, zákal, průhlednost, pach, chuť, vodivost, redox potenciál Chemické ukazatele - ph, chemické složení Radiologické ukazatele - celková aktivita alfa, beta, aktivita Rn Mikrobiologické ukazatele - koliformní bakterie, fekální koliformní bakterie, enterokoky, mezofilní, psychrofilní bakterie
Znečišťování vody Ukazatele znečištění Biologické ukazatele - saprobní index, trofická úroveň Ekologické ukazatele - podmínky pro život ryb, neporušená samočisticí schopnost Skupinové ukazatele - BSK 5,CHSK, C org, NL, RL, VL, NEL, - Formy N, P, Cl, S, Fe, Mn, Ca, Mg, Toxické kovy, - PCB, PAU, - RAS (rozpuštěné anorganické soli) - AOX (adsorbovatelné organicky vázané halogeny),
Znečišťování vody Ukazatele znečištění CHSK chemická spotřeba kyslíku množství oxidačního činidla spotřebovaného organických látek (u OV K 2 Cr 2 O 7 CHSK Cr ) BSK biochemická spotřeba kyslíku množství rozpuštěného kyslíku spotřebovaného na biochemickou oxidaci organických (i anorganických) látek (nejčastěji za 5 dnů = BSK 5 ) umožňuje posuzovat biologickou čistitelnost OV a biologickou rozložitelnost org. látek (za aerobních podmínek) často se srovnává s CHSK/BSK 5
Znečišťování vody Ukazatele znečištění
Znečišťování vody Ukazatele znečištění nejčastěji termická oxidace org. látek na CO 2 a jeho následné stanovení oproti CHSK vždy stoprocentní oxidace řada variant: TC (Total Carbon) - celkový uhlík DOC (Dissolved Organic Carbon) - rozpuštěný org. uhlík TOC (Total Organic Carbon) - celkový org. uhlík
Znečišťování vody Ukazatele znečištění
Znečišťování vody Ukazatele znečištění
Znečišťování vody Ukazatele znečištění
Znečišťování vody Vývoj - Antropogenní vlivy minulého století složení atm., UV, teplota, srážky dálkový transport zdroje Nutrients Eutrophication Acidification Organics and Metals Global Climate Change význam živin P, N bodové/difúzní zdroje Sewage, Oxygen Balance organické znečištění, konvenční ČOV Straškraba, 1996; Meybeck et al., 1989 1950 1970 1990 2000+
Znečišťování vody Znečistění vody Prostorově dělíme na: Plošné - Atmosférické depozice, smyvy z polí, erozní splachy, z městských a průmyslových aglomerací Bodové - odpadní vody z dobře definovaných míst - výpusti z továren, dolů, kanalizací, ČOV, živočišné výroby Havarijní - nečekané, nepravidelné, - nejčastěji ropné látky a chemikálie (pozn. znečištění podz. Vod)
Znečišťování vody Znečistění vody Mikroorganismy - viry, bakterie, prvoci, řasy, plísně - OV z lidských sídel, zemědělská výroba, ze skládek. Toxické organické látky - při zpracování uhlí, při výrobě barev a laků, pesticidy - PCB, PAU, ropné látky, DDT, pesticidy Netoxické organické látky - tuky, bílkoviny, polysacharidy, zbytky tkání - textilky, potravinářství, papírenství, zemědělství. - spotřeba kyslíku, nevhodné pro život
Znečišťování vody Znečistění vody Eutrofizace vod - růst obsahu minerálních živin N a P a jejich sloučenin ve vodách. - porušení biologické rovnováhy, přemnožení fytoplanktonu: sinice, řasy atd. - vegetační zabarvení: zelená, modrozelená barva - vodní květ: nahromadění řas a sinic na hladině - sekundární znečištění organickými látkami (metabolity) - zhoršení organoleptických vlastností (zápach) - cyanotoxiny: alergické dýchací potíže, dermatitida, onemocnění jater - dělení: Přirozená - sloučeniny N a P z půdy, dnových sedimentů, odumřelé organismy, - nelze ovlivnit, stárnutí jezer. Antropogenní - splachy hnojiv, prací a čistící prostředky, splaškové odpadní vody, atmosferická depozice
Znečišťování vody Znečistění vody Toxické kovy - těžba a zpracování rud, chemický průmysl, zemědělství - As, Cr, Cd, Hg, Pb, Cu Kyselá atmosférická depozice - acidifikace škodí planktonu i rybám Pevné látky - stavebnictví, metalurgie, eroze, - přímé vypouštění kalů, víření, usazování - zanášení, menší propustnost světla
Znečišťování vody Znečistění vody Odpadní teplo - tepelné elektrárny s průtočným chlazením, průmyslové OV - změna kyslíkového režimu = nasycení vody O2, jeho spotřeby organismy, schopnosti kyslík využít (u ryb) - zvýšení rozpustnosti látek - zvýšení toxických projevů některých látek Radioaktivita - přírodní zdroje: 40 K; prvky U, Ac a Th rozpadové řady (v okolí nalezišť rud); rozpuštěný Rn - umělé zdroje: medicína, průmysl, vojenství, jaderné reaktory - havárie: 90 Sr, 137 Cs, 131 I
Znečišťování vody Samočisticí schopnost vod Souhrn přirozeně probíhajících pochodů, pomocí nichž se povrchové vody zbavují znečišťujících elementů. Účinnost závisí na - koncentraci rozpuštěného kyslíku, organických látek, teplotě vody, aktivitě organismů. - př.: Rozklad fenolu - zima 100 km; léto 10 km Pochody - fyzikální - sedimentace, usazování - chemické - neutralizace, srážení, fotochemický rozklad - biologické - většinou aerobní, kyslík rozhodující, čerpám z rozpuštěného, bez něj zpomalení zastavení - pouze v místech bez O 2 anaerobní (u dna)
Znečišťování vody Revitalizace říčních toků Napřimováním toků Opevňování břehů Narušení samočistící schopnosti řek 1992 schválen Program revitalizace říčních systémů vládou ČR Podpora retenční schopnosti krajiny Napravit nevhodně provedené meliorační zásahy Obnovit přirozené funkce říčních toků
3) Technologie, kterými se ovlivňuje složení vod - Úprava pitných vod - Čištění odpadních vod 28
Technologie úpravy vod Dělení vody dle jejího použití Pitná voda - zdravotně nezávadná voda, která ani při trvalém požívání nevyvolá onemocnění nebo poruchy zdraví - Upravuje vyhláška 252/2004 Sb. o hygienických požadavcích na pitnou a teplou vodu a četnost kontrol. Užitková voda - zdravotně nezávadná voda, která však není určena k pití a vaření Provozní voda - voda pro různé provozní účely (chlazení, mytí, apod.) Odpadní voda - voda použitá mimo vodní zdroj, jejíž vlastnosti byly lidskou činností změněny a vody z atmosférických srážek odváděné stokovou sítí.
Technologie úpravy vod 1. Fyzikální metody čištění filtrace (pískové filtry, cezení, česle, síta) usazování (usazovací/sedimentační nádrže) odstřeďování (centrifugy) flotace (flotační nádrže) filtrace (písková filtrace) Typické pro: - OV M - OV prum. - Úpravna pitné vody magnetická separace http://www.asio.cz/cz/cistirny-pro-prumysl
Technologie úpravy vod 2. Fyzikálně chemické metody čištění neutralizace srážení, koagulace oxidace/redukce adsorpce (zachycování nečistot(sorbátu) na povrchu tuhé fáze(sorbentu)) výměna iontů extrakce (oddělování složek směsí na základě různé rozpustnosti) stripování, destilace membránové procesy Typické pro: - OV prum. - Úpravna pitné vody
Technologie úpravy vod 3. Biologické metody čištění A)aerobní aktivace biofiltry rotační biofilmové reaktory stabilizační rybníky vegetační(kořenové) čištění Typické pro: - OV M - OV prum. B)anaerobní stabilizační nádrže (kaly, aerobní biomasa) reaktory pro čištění odpadních vod
Úprava pitných vod Dělení vody dle jejího použití Pitná voda - zdravotně nezávadná voda, která ani při trvalém požívání nevyvolá onemocnění nebo poruchy zdraví 42 % z podzemních zdrojů vody 32 % z povrchových zdrojů 26 % je pokryto smíšenými zdroji Jakost vody v nádržích http://www.pmo.cz/portal/jvn/cz/index.htm
Úprava pitných vod odstraňování nežádoucích příměsí z vody, zušlechťování vody, hygienické zabezpečení úprava povrchové vody - odstraňování koloidních disperzí a makromolekulárních organických látek úprava podzemní vody - odstraňování oxidu uhličitého, železa, manganu, radioaktivního radonu atd. Upravárenské procesy Fyzikální adsorpce, desorpce, sedimentace, filtrace Chemické srážení, oxidace, hydrolýza Fyzikálně chemické chemisorpce, membránové procesy Hydraulické míchání, zahušťování Biologické a mikrobiologické odstranění dusíkatých látek, Fe, Mn
Úprava pitných vod
Úprava pitných vod Technologické procesy úpravy surové vody Mechanické předčistění Odkyselování (podzemní voda) Preoxidace - odmanganování a odželezování Čiření Filtrace Dezinfekce
Úprava pitných vod Technologické procesy úpravy surové vody
Úprava pitných vod Technologické procesy úpravy surové vody Předčistění - hrubé nečistoty, písky aby nepoškodily čerpadla, potrubí, etc. - česla, síta, lapáky písku, usazovací nádrže Odkyselování (podzemní voda) - odstraňování agresivního oxidu uhličitého - korozivní účinky na kovové a betonové konstrukce - mechanicky provzdušněním, chemicky - chemisorpce Preoxidace, odmanganování a odželezování - Oxidace sloučenin Fe 2+ a Mn 2+ na vyšší mocenství Fe 3+ a Mn 4+ (rozpustné na nerozpustné) - činidla: chlor, ozon, peroxid vodík a manganistan draselný - vytváření vločkových suspenzí odstranitelných separací. - nutné tam kde je méně O 2, zlepšuje chuť
Úprava pitných vod Technologické procesy úpravy surové vody Čiření - odstraňování jemných suspenzí (s velmi malými rozměry částic) - Destabilizace koloidů a jemných suspenzí ve vodě neutralizací jejich elektrického náboje. - zvětšení částic, oddělení. - Postup: 1. Míchání čiřidla s upravovanou vodou - převážně síran železnatý, síran hlinitý, chlorid železitý atd. - utváří se nerozpustný hydroxid hlinitý nebo železitý. 2. Srážení a vločkování (koagulace a flokulace) agregace částic do hrubé suspenze, strhávají do sebe nebo sorbují látky obsažené ve vodě 3. Usazování (sedimentace), čiření 4. filtrace
Úprava pitných vod Čiření schéma čiřiče
Úprava pitných vod Technologické procesy úpravy surové vody Filtrace - separace suspenzí přes pórovitou vrstvu - křemičitý písek, práškové aktivní uhlí, dolomitický vápenec aj. fáze filtrace fáze praní 1 odvod filtrátu, přívod prací vody 2 přívod vody na filtraci, odběr prací vody 3 přívod tlakového vzduchu
Úprava pitných vod Filtrace pískové filtry
Úprava pitných vod Technologické procesy úpravy surové vody Dezinfekce - hygienické zabezpečení vody 1. Chlorace vody (větší města) - Dávkování chlornanu sodného nebo koncentrované chlorové vody Cl 2 + H 2 O = HClO + HCl - množství k desinfekci 0,2-1mg/l, u spotřebitele 0,1-0,3 mg/l - jednoduché, silné oxidační činidlo, dlouholeté zkušenosti - vznik THM (trihalogenmethanů), chuť, zápach 2. Oxid chloričitý - nepůsobí chloračně (nevznikají THM), - má pouze oxidační účinky - velmi silné baktericidní činidlo - TOX (netěkavé organické halogenové sloučeniny), možný zápach
Úprava pitných vod Technologické procesy úpravy surové vody Dezinfekce - hygienické zabezpečení vody 3. Ozonizace - nejsilnější oxidační činidlo, působí na bakterie i viry - vyrábí se v ozonizátorech ze suchého vzduchu nebo kyslíku - žadná tvorba TOX a THM, žádný zápach ani změněná chuť - příprava na místě, složité, energeticky náročné, korozivní chlorace ClO2 ozonizace UV dezinfekční účinek střední silný nejsilnější střední doba efektivního působení hodiny dny minuty nulová ph závislost extrémní žádná střední žádná vedlejší produkty THM, AOX chloritany možné bromičitany možné dusitany náklady nízké-vysoké střední střední - vysoké střední údržba střední střední nízké nízké
Úprava pitných vod Technologické procesy úpravy surové vody
Úprava odpadních vod Odpadní vody použité v obytných, průmyslových, zemědělských, zdravotnických a jiných stavbách, zařízeních v dopravních prostředcích Dvě podmínky - změněná jakost vody (složení nebo teplotu) - mohou ohrozit jakost povrchových nebo podzemních vod. Splaškové, průmyslové, zemědělské, srážkové
Úprava odpadních vod Klasifikace znečišťujících látek v odpadních vodách biologicky rozložitelné cukry, mastné organické kyseliny kyseliny rozpuštěné anorganické biologicky nerozložitelné barviva těžké kovy, biologicky rozložitelné sulfidy škrob, bakterie biologicky nerozložitelné plasty, papír organické usaditelné celulosová nerozpuštěné vlákna neusaditelné koloidní bakterie plovoucí papír anorganické usaditelné písek, hlína neusaditelné brusný prach
Úprava odpadních vod Klasifikace znečišťujících látek v odpadních vodách Specifické druhy znečištění - teplota - radioaktivita - mikrobiální znečištění (patogenní mikroorg.) - tenzidy (povrchově aktivní látky) - látky se specific. fyziolog. účinky (pseudoestrogeny...)
Úprava odpadních vod Čistírny odpadních vod (ČOV) - zařízení, ve kterém dochází k čištění vod - funguje jako předčištění, dočištění probíhá v recipientu tj. v přirozeném vodním toku 1. Splaškové (městské odpadní vody) - ČOV 90 % ZL, neodstraňují toxické látky, bez napojení -septiky 2. Průmyslové - malé znečistění - ČOV - velké např. těžké kovy, těkavé organické sloučeniny - specializované čistící systémy přímo v továrně, potom do veřejné kanalizační sítě. - větší využívání fyzikálně-chemických a chemických - Nestandardní uspořádání biologického stupně aerobních i anaerobní procesy
Úprava odpadních vod Čistění odpadních vod (ČOV) - mechanicko biologická čistírna odpadních vod
Úprava odpadních vod Čistění odpadních vod (ČOV) 1) Mechanický stupeň 1. lapák štěrku - (nejhrubší nerozpuštěné částice například štěrk, dlažební kostky, kusy cihel, ) 2. česle Ochranná část - k odstranění plovoucích hrubě dispergovaných ČOV nečistot - shrabky 3. lapáky písku - rozdílná hustota materiálů - gravitační nebo odstředivá síla 4. usazovací nádrže - usazování jemných nerozpuštěných látek a stírání plovoucích nečistot z povrchu nádrže. - primární kal
Úprava pitných vod Lapák štěrku
Úprava pitných vod Strojně stírané česle - hrubé (5 až 20 cm), obvykle ručně stírané - jemné (1 až 2 cm), stírané strojně
Úprava pitných vod Lapáky písku - částice do velikosti zrn 0,2 až 0,25 mm (0,1 mm).
Úprava pitných vod Kruhový usazovák
Úprava odpadních vod 2) Biologický stupeň užívaná činnost tzv. funkční polykultury - heterotrofní aerobních i anaerobních bakterií, autotrofních bakterií - aktivační nádrže O2 + směsná kultura MO = aktivovaný kal Aerobní - odstranění ZL, které nejsou schopny sedimentace - od vyčištěné odpadní vody oddělitelná sedimentací - technologie s biologickou kulturou - přisedlou na pevném povrchu (biologické filtry) - ve vznosu (aktivační nádrže).
Úprava odpadních vod 2) Biologický stupeň užívaná činnost tzv. funkční polykultury - heterotrofní aerobních i anaerobních bakterií, autotrofních bakterií - funkční polykultura kultivována v suspenzi - aktivovaný kal Anaerobní
Úprava odpadních vod 3) Terciální čistění Odstranění dusíku - Deaminace, amonifikace (org. dusík - amoniak) - Nitrifikace (amoniak - dusičnany) - Denitrifikace (dusičnany - volný dusík) Odstranění fosforu, nerozpuštěných látek a k hygienizaci vody (odstranění patogenů). Voda vyčištěná po biologickém čištění je vypouštěna do recipientu.
Úprava odpadních vod Stabilizace kalů Primární kal - z mechanického čištění Sekundární kal z biologického čištění Často vysoký obsah patogenů nutnost stabilizace! Převažuje anaerobní způsob stabilizace - Vyhnívací (metanizační) nádrže. T 30-35 C. Stabilizovaný kal je dále zahuštěn (gravitačně, strojně kalolisy, odstředivky) Fugát - tekutý produkt vyhnívacího procesu a má charakter vody odpadní..
Úprava odpadních vod Využití kalů: Digestát - Tuhý zbytek po vyhnití Skládkování kalu Spalování kalu - vysoký podíl organické hmoty, pro likvidaci kalů obsahujících oleje nebo toxické organické látky. Zneškodněny pathogenní organizmy toxické organické sloučeniny. Zakomponování kalu do stavebních materiálů - omezené množství kalu Kompostování - složení kompatibilní s kompostovacím procesem. Použití k hnojivým účelům - pro kaly s vysokým obsahem hnojivých látek (organická hmota, N, P)pro hnojení zemědělské půdy, ale také pro půdu lesní a rekultivace.
Úprava odpadních vod Vypouštění odpadních vod Do recipientu - Každý vodní útvar, do něhož vyúsťují vody nebo odpadní vody - dočištění samočistící schopnost - řídí se vodním zákonem (254/2001 Sb.) a nařízením vlády 61/2003 Sb. a 229/2007 Sb. - kombinovaný přístup stanovení limitů Do kanalizace - řídí se především kanalizačním řádem
Úprava odpadních vod Schéma.
Úprava odpadních vod Čistírna odpadních vod Praha Čistírna Bohuslavice http://www.youtube.com/watch?v=ifr-gdyi8l0
Kořenové čistírny odpadních vod Alternativa čištění odpadních vod mělce zaplaveného zemního lože, vegetace, živočichů a vody - mokřad přírodních čistících procesů bez vnější energie a chemických látek. Samočistící procesy 1. mechanické - sedimentace a filtrace, srážení, adsorpce, chemický rozklad 2. biologické - mikrobiální rozklad látek 3. dočiťovací - rybník Odběrný objekt Výpustný objekt
Kořenové čistírny odpadních vod Alternativa čištění odpadních vod
Úprava odpadních vod zásobování obyvatelstva pitnou vodou patříme k lépe vybaveným zemím z hlediska jakosti dodávané pitné vody je situace srovnatelná s úrovní nejvyspělejších evropských států. problém je v čištění odpadních vod. ve většině zemí EU se míra napojení na čistírny odpadních vod cca 100 % v přistupujících zemích napojení nepřekračuje 70 80 %. Česká republika dosáhla v roce 2007 80,0 % skutečně napojených obyvatel na kanalizaci a 75 % obyvatel je skutečně napojeno na kanalizaci s čistírnou.
Úprava odpadních vod
Děkuji Vám za pozornost Dotazy? 68