Odpadní vody a jejich složení Martin Pivokonský 4. přednáška, kurz Znečišťování a ochrana vod Ústav pro životní prostředí PřF UK Ústav pro hydrodynamiku AV ČR, v. v. i. Tel.: 221 951 909 E-mail: pivo@ih.cas.cz
Druhy vod 1) podle původu přírodní odpadní splaškové průmyslové městské (směs splaškových a průmyslových vod) Mezi odpadní vody patří i průsakové vody z odkališť nebo skládek odpadů. 2) podle výskytu atmosférické podzemní povrchové 3) podle použití voda pitná voda provozní voda odpadní Důlní vody všechny podzemní, povrchové a srážkové vody, které vnikly do hlubinných nebo povrchových důlních prostorů, a to až do jejich spojení s jinými stálými podzemními nebo povrchovými vodami.
Odpadní vody Znečištění vody = taková změna fyzikálních, chemických a biologických vlastností vody, která omezuje nebo znemožňuje její použití k danému účelu Odpadní voda (OV) voda použitá v obytných, průmyslových, zemědělských, zdravotnických a jiných stavbách, zařízeních, nebo dopravních prostředcích, pokud mají po použití změněnou jakost (složení nebo teplotu) průsakové vody z odkališť a skládek odpadu Odpadní voda NENÍ: voda z drenážních systémů odvodňovaných zemědělských pozemků voda užitá na plavidlech, u které se zvýšila pouze teplota nepoužitá minerální voda z přírodního léčivého zdroje 3 hlavní skupiny OV 1. splaškové voda z domácností a hygienických zařízení, objektů společného stravování, ubytování apod. 2. průmyslové vody použité a znečištěné při výrobním procesu (včetně vod chladících), odpadní voda ze zemědělství 3. městské směs splašků a průmyslových odpadních vod
Složení odpadní vody [%] Čištěné splaškové vody 320 mil. m 3 Odpadní vody vypouštěné do kanalizace 519 mil. m 3 Splaškové vody 340 mil. m 3 Průmyslové a ostatní vody 179 mil. m 3 36 58 38 20 20 6 Odpadní vody vypouštěné do toků celkem 901 mil. m 3 42 Nečištěné odpadní vody + nečištěné srážkové vody 22 + 38 = 60 mil. m 3 38 Čištěné srážkové vody 344 mil. m 3 Srážkové vody 382 mil. m 3 Čištěné průmyslové a ostatní vody 176 mil. m 3
Odpadní vody Charakter znečišťujících látek Rozmanitý charakter znečišťujících látek různé principy jejich odstraňování (technologická linka čištění) Pozn. Stanovení organických látek viz doporučená literatura! Označení skupiny Znečišťující látky Příklady 1 rozpuštěné 1.1 - organické 1.1.1 - biologicky rozložitelné cukry, mastné kys. 1.1.2 - biologicky nerozložitelné azobarviva 1.2 - anorganické NH 4+, PO 3-4 2 nerozpuštěné 2.1 - organické 2.1.1 - biologicky rozložitelné škrob, bakterie 2.1.2 - biologicky nerozložitelné papír, plasty 2.1.3 - usaditelné celulóza 2.1.4 - neusaditelné 2.1.4.1 - koloidní bakterie 2.1.4.2 - plovoucí papír 2.2 - anorganické 2.2.1 - usaditelné písek, hlína 2.2.2 - neusaditelné brusný prach
Odpadní vody Tab. Procesy čištění OV a skupiny znečišťujících látek, pro jejichž odstranění se daný proces nejčastěji používá Pozn. Stanovení organických látek viz doporučená literatura! Procesy (zařízení) Odstraňované látky Mechanické procesy - cezení (česle) 2.1.2; 2.1.4.2 - usazování (usazovací nádrž) 2.1.3; 2.2.1 - centrifugace (centrifugy) 2.1.2; 2.2.1 - flotace (flotační nádrže) 2.1.3; 2.2.1 - filtrace (pískové filtry, síta) Chemické a fyzikálně chemické procesy - čiření (koagulace) a srážení 1.1.2.; 1.2; 2.2 - neutralizace 1.2 - oxidace a redukce 1.1.2; 2.1 - sorpční procesy (aktivní uhlí) 1.1.2; 1.2 - iontová výměna 1.2 - odpařování, spalování 1.1.2 - destilace, stripování 1.1.2; 1.2 - membránové procesy 2.1; 2.2 Biologické procesy aerobní a anaerobní - biologické filtry 1.1.1; 1.2 (N); 2.1.1 - aktivační proces, proces s granulovanou biomasou 1.1.1; 1.2 (N, P); 2.1.1 - stabilizační nádrže a laguny 1.1.1; 1.2; 2.1.1
Odpadní vody Specifické množství OV množství OV připadající na jednoho obyvatele nebo na jednotku charakterizující určitý výrobní proces, vztažené na jednotku času Populační ekvivalent míra znečištění vyprodukovaná jedním obyvatelem zpravidla za jeden den nejčastěji 60 g BSK 5 /osoba/den; 55 g NL (nerozpuštěné látky)/osoba/den Ekvivalentní počet obyvatel fiktivní počet obyvatel, který by vyprodukoval dané znečištění
Odpadní vody Zvlášť nebezpečné závadné látky z hlediska OV (povolení vodoprávního orgánu pro vypouštění do kanalizace): Hg, Cd, hexychlorcyklohexan, tetrachlormethan, DDT, pentachlorfenol, aldrin, dieldrin, endrin, isodrin, hexachlorbenzen, hexachlorbutadien, trichlormethan, 1,2-dichlorethan, trichlorethen, tetrachlorethen, trichlorbenzen Kanalizační řád souhrn podmínek schválených pro řízení provozu veřejné kanalizace (popis odkanalizovaného území, technický popis stokové sítě, údaje o ČOV, seznam látek, které nesmějí vniknout do kanalizace, způsob a četnost měření, způsob kontroly) Poplatky za vypouštění OV do povrchových vod (CHSK Cr, RAS, NL, P celk, celkový N anorg. ) Vyhláška MŽP č. 123/2012 Sb. (dříve 110/2005) Povolování vypouštění městských odpadních vod do vod povrchových Nařízení vlády č. 401/2015 Sb. (dříve 229/2007), kterým se stanoví ukazatele a hodnoty přípustného znečištění povrchových a odpadních vod Ukazatel Přípustná hodnota Maximální hodnota CHSK Cr 75 mg l -1 resp. 125 mg l -1 BSK 5 15 mg l -1 resp. 30 mg l -1 NL 20 mg l -1 resp. 40 mg l -1 N celk 10 mg l -1 resp. 20 mg l -1 Pc elk 1 mg l -1 resp. 3 mg l -1 Pozn. Hodnoty pro ČOV nad 100 000 EO
Splaškové odpadní vody Množství OV na 1 obyv. specifická spotřeba vody na 1 obyv.: 150-500 /obyv./den (horní hranice pro městské OV) Původ znečišťujících látek hlavní podíl moč a fekálie (80 % org. látky ) zbytky živočišné a rostlinné potravy z kuchyní používání namáčecích, pracích a čistících prostředků Složení a vlastnosti šedé až šedohnědé zbarvení, silně zakalené teplota 5-20 C, ph 6,8-7,5 Tab. Charakteristika splaškové OV při spotřebě vody 150 l/osoba/den Parametr Hodnota BSK 5 400 mg l -1 CHSK Cr 800 mg l -1 N celk 70 mg l -1 P celk 15 mg l -1 celk. látky 1 200 mg l -1 RL 830 mg l -1 NL 370 mg l -1 Tab. Městské OV - Populační ekvivalent (množství látek/osoba/den [g]) Látky Anorg. Org. Celkové BSK 5 N P Nerozpuštěné 15 40 55 30 1 0,2 usaditelné 10 30 40 20 1 0,2 neusaditelné 5 10 15 10 - - Rozpuštěné 75 50 125 30 11 2,3 Celkem 90 90 180 60 12 2,5
Splaškové odpadní vody Složení a vlastnosti Anorganické a organické látky ve splaškových odpadních vodách Látka Zdroj Koncentrace Specifická produkce Anorganické látky Chloridy převážně moč desítky mg l -1 7-9 g/osoba/den Sloučeniny P moč, fekálie, prací prostředky, zbytky potravy cca do 10 mg l -1 1-2 g/osoba/den Sloučeniny N moč 12 g/osoba/den Sloučeniny S Organické látky Sacharidy desítky mg l -1 Lipidy (EL) 20-200 mg l -1 15 mg l -1 EL /osoba/den Tenzidy prací a čistící prostředky kolem 5 mg l -1 Léčiva jednotky ng l -1 až µg l -1 Organické látky jako TOC, resp. DOC 37 g/osoba/den
Splaškové odpadní vody Tab. Průměrné hodnoty znečištění v přepočtu na jednoho obyvatele za den a v koncentračním vyjádření Ukazatel znečištění Absolutní vyjádření Koncentrační vyjádření NL 55 g 275 mg l -1 BSK 5 60 g 300 (400) mg l -1 CHSK Cr 109 (120) g 545 (800) mg l -1 TOC 40 (37) g 200 (250) mg l -1 BSK 5 /CHSK Cr 0,55 (0,5) [-] - TOC/CHSK Cr 0,37 [-] - BSK 5 /TOC 1,50 [-] - Celkový N 12 g 60 mg l -1 Celkový P 2-4 g 10-20 mg l -1 Extrahovatelné látky 12 g 60 mg l -1
Splaškové odpadní vody Q [m 3 h -1 ] Q max Q 24 Q n Q d Q max maximální průtok Q min minimální průtok Q d denní průtok Q n noční průtok Q 24 průměrný průtok Q min 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 čas [h] Obr. Modelová křivka kolísání denního průtoku
Průmyslové odpadní vody (POV) Složení a vlastnosti rozmanitá skupina OV významně odlišné od splaškových OV závisí na charakteru výroby a systému vodního hospodářství každého jednotlivého podniku charakter POV se liší i v rámci jednoho oboru v závislosti na použitých výrobních technologií časté kolísání v koncentrací a objemů v krátkých časových intervalech Typy POV 1. technologické vody hlavní podíl znečištění, rozmanité složení, v rámci jedné výroby i několik druhů 2. chladící vody voda jako chladicí médium, znečištění zvýšením teploty 3. splaškové vody z umýváren, sociálních zařízení a jídelen podniků 4. srážkové vody z areálu podniku dělení na kontaminované (vhodné čištění) a nekontaminované (odváděny mimo ČOV) 5. podzemní vody z hydrogeologické ochrany chemické a petrochemické podniky
Průmyslové odpadní vody (POV) 1. převážně anorganicky znečištěné odpadní vody OV převážně znečištěné anorganickými nerozpuštěnými látkami (OV z praní uhlí, z keramického a sklářského průmyslu) OV převážně znečištěné anorganickými rozpuštěnými látkami netoxickými (OV z výroby hnojiv, z moření železa, z výroby anorganických látek) OV převážně znečištěné anorganickými rozpuštěnými látkami toxickými (OV z povrchové úpravy kovů, radioaktivní vody) Způsob čištění OV: fyzikálně chemické a chemické způsoby čištění 2. převážně organicky znečištěné odpadní vody netoxické biologicky rozložitelné látky (sacharidy, bílkoviny, tuky, alifatické kys.) netoxické biologicky obtížně rozložitelné látky (alifatické a aromatické sloučeniny, vysokomolekulární polyglykoly, ligninsulfonany, organická barviva) toxické biologicky rozložitelné látky (fenoly, organofosforové sloučeniny, chlorfenoly, nitrofenoly) toxické biologicky obtížně rozložitelné látky (chlorované uhlovodíky, nitroaniliny, kationtové tenzidy) Způsob čištění OV: biologické čištění na samostatné ČOV nebo společně se splašky Další důležité netoxické ale škodlivé látky: tenzidy, oleje
ČOV průmyslových odpadních vod Specifické rysy POV = specifické schéma ČOV Společné znaky: a) decentralizované čištění proudy OV s odlišnými vlastnostmi se čistí odděleně b) větší využívání fyzikálně-chemických metod čištění POV většinou nevhodné pro biologické čištění sofistikované separační postupy (flotace, membránová filtrace, iontová výměna, adsorpce, extrakce) technologie měnící charakter znečištění (elektrochemické procesy, oxidace, redukce) c) nestandardní uspořádání biologického stupně různé modifikace aerobních procesů (biofiltry, směšovací aktivace, vícestupňová aktivace, aktivace s dávkováním adsorbentu Vypouštění vyčištěné POV: 1. přímo do recipientu kvalita vypouštěné vody musí splňovat požadavky platné legislativy 2. do městské kanalizace zakončené ČOV nižší nároky na kvalitu vypouštěné vody, musí být splňovány požadavky kanalizačního řádu
Průmyslové odpadní vody (POV) Legislativa Nařízení vlády č. 401/2015 Sb. (dříve 229/2007) Vypouštění odpadních vod do vod povrchových se řídí 1. požadavky na přípustnou míru jejich znečištění emisní standardy 2. imisními standardy znečištění povrchových vod, kam jsou OV vypouštěny Mezi základní ukazatele (vybírají se podle druhu výroby), podle kterých se posuzuje znečištění POV: As, AOX, BSK 5, Ba, Cu, Cr, Cl -, aktivní chlor, CN -, EL, Fe, F -, fenoly jednosytné, Hg, CHSK Cr, Mn, NL, uhlovodíky C 10 -C 40, N-NH 4, N celk, Ni, ph, P celk, PAU (PAH), Pb, RAS, sírany, sulfidy, Zn
Odvádění odpadních vod Kanalizace provozně samostatný soubor staveb a zařízení zahrnující kanalizační stoky k odvádění OV a srážkových vod společně nebo OV a srážkových vod samostatně, kanalizační objekty, ČOV, jakož i stavby k čištění odpadních vod před jejich vypouštěním do kanalizace Stoková síť soustava trubních rozvodů a dalších zařízení sloužících k odvádění OV z jednotlivých nemovitostí a z veřejného prostranství do ČOV, případně přímo do recipientu Užívání kanalizace se řídí kanalizačním řádem. Provoz kanalizace se řídí provozním řádem. Oba tyto řády vznikají při výstavbě stokové sítě a schvaluje je vodoprávní úřad. Zdroj: http://docplayer.cz/3669294-2-13-technicka-infrastruktura.html
Stokové sítě Dělení stokových sítí a) podle způsobu odvádění srážkových vod jednotná odvádění splašků i srážkové vody dohromady oddílná odvádění splašků i srážkové vody zvlášť dva (splašková voda na ČOV, dešťová voda do sedimentačních retenčních nádrží a pak do recipientu) splašková odvádí pouze splaškové nebo městské OV bez dešťových dešťová odvádí pouze dešťové OV průmyslová odvádí průmyslové OV b) podle hnací síly gravitační OV poháněna gravitační sílou, nutný dostatečný spád stoky (alespoň 0,5 %) tlaková nucený pohyb OV, náročné na technické provedení, ale nezávislé na terénu vakuová kanalizace v síti je podtlak tlaková kanalizace v síti je přetlak
Stokové sítě čtyři soustavy dle místního terénu (soustavy lze kombinovat) a) dostředivá (radiální) v uzavřených kotlinách, zpravidla v kombinací s nějakou další soustavou; voda se nejprve shromáždí v přečerpávací stanici, odkud poté je přečerpána výtlačným potrubím do výše položených stok, odkud je odváděna do ČOV b) vějířová (větevná) území bez většího vodního toku, Charakteristická je kmenová stoka procházející přibližně půdorysným středem odvodňovaného území do kterého ústí hlavní sběrače jednotlivých větví c) úchytná ve větších městech, kde se terén mírně svažuje k většímu toku, charakteristická je nábřežní stoka vedoucí podél vodního toku do ČOV d) pásmová pro území které se prudce svažuje k vodnímu toku, charakteristické jsou vedlejší sběrnice vedené v různé výškové úrovni podél řeky a hlavním sběračem s velkým spádem
Stokové sítě Objekty na stokové síti vstupní (revizní) šachta vpust skluz (vodní dílo) spadiště shybka proplachovací šachta oddělovací komora (dříve odlehčovací komora) větrací šachta retenční nádrž Oddělovací komora Vpust Shybka
Odvádění OV kanalizační přípojka zdroj odpadní vody kanalizační stoka čistírna odpadních vod přiváděcí stoka recipient kanalizační stoky + přiváděcí stoky = STOKOVÁ SÍŤ
Centralizované a decentralizované čištění OV I. centralizované odvedení OV z urbanizovaného území a centrální čištění vysoce účinnými technologiemi, vysoce ekonomicky a provozně náročné, jen vyspělé země Základní charakteristiky: shromažďování OV transport OV složitým stokovým systémem transport zajišťuje často vysoce kvalitní voda! vysoké naředění vod centrální systém čištění vysoká účinnost čištění bodové vypouštění do prostředí minimální využití nutrientů vysoká produkce problematických kalů vysoká energetická náročnost sofistikované řídící a kontrolní systémy strategická citlivost
Centralizované a decentralizované čištění OV I. decentralizované Hospodárnější využívání vodních zdrojů a jejich opakovatelné používání Základní charakteristiky: prevence minimalizace objemu separace podle míry znečištění oddělené čištění různých proudů vod čištění v místě vzniku úsporné technologie využití a recyklace cenných látek (voda, organické látky, nutrienty)
Technologická linka ČOV I. velké a střední ČOV Městská čistírna = ČOV veřejných kanalizací (soubor objektů a zařízení k odvádění, popřípadě i zneškodňování OV a srážkových vod z obcí a sídlišť) Technologická linka: 1. fáze: mechanické čištění surová odpadní voda se zbavuje hrubých nerozpuštěných nečistot lapák štěrku, česle, lapák písku, (lapák tuků), následuje primární sedimentace usazovací nádrž 2. fáze: biologické čištění s biomasou ve formě suspenze aktivační nádrž, s biomasou ve formě biofilmu bioreaktor, biofiltr, následuje separace biomasy dosazovací nádrž 3. fáze: terciální čištění fyzikálně chemické procesy volené podle způsobu zbytkové znečištění (odstraňování nutrientů, membránová filtrace, pískový filtr, kolony s aktivním uhlím, dočišťovací rybník)
Technologická linka velkých a středních ČOV Obr. Blokové schéma technologické linky velkých a středních čistíren městských OV
1 sdružený objekt česlí a lapáku písku 2 dešťová zdrž 3 aktivace předřazená anaerobní nádrž 4 aktivace 5 dosazovací nádrže 6 objekt měření průtoku 7 dmychárna 8 zahuštění přebytečného kalu 9 uskladňovací nádrže pro přebytečný kal 10 odvodnění kalu 11 provozní budova Čistírna odpadních vod (ČOV)
Technologická linka velkých a středních ČOV Čištění odpadních vod nátok na ČOV usazovací nádrž aktivace odtok dosazovací nádrž
Technologická linka ČOV II. malé ČOV Malá čistírna = ČOV s celkovým počtem připojených do 5 000 EO Technologická linka: obvykle jednodušší než u velkých a středních ČOV obsahuje podobné stupně čištění a komponenty vynechána primární sedimentace a anaerobní stabilizace kalu (neekonomické) mírnější nároky na účinnost (nepožaduje se odstraňování nutrientů) provozně spolehlivé minimální nároky na obsluhu (občasný dozor, vzdálený dispečink)
Malé čistírny odpadních vod v případě nemožnosti napojení zdroje odpadní vody na centrální kanalizaci a ČOV: a) žumpa, septik není-li možné zajistit odvod vyčištěné vody žumpa bezodtoká nádrž, jímka určená k pravidelnému vyvážení, odpadní vodu nečistí, pouze shromažďuje septik kontinuálně protékán odpadní vodou, kombinace sedimentace a biologického čištění, vždy doplněn o zemní štěrkový nebo pískový filtr b) malé domovní ČOV je-li možné zajistit odvod vyčištěné vody balené čistírny strojní, kompaktně řešené; čistírny montované na místě technologie kořenové čistírny, zemní filtry, stabilizační nádrže
Balené čistírny odpadních vod využívají biologické čištění OV čištěna mikroorganismy dodávanými do nádrže, tvoří aktivovaný kal (zaočkování z jiné čistírny, nebo bakteriální přípravek) výhoda: bezobslužné nevýhoda: vyšší pořizovací náklady, spotřeba elektrické energie Kombiblok Čištění ve 24 hodinových cyklech sekvence I aktivace, probíhá během dne, bioreaktor provzdušňován a promícháván, konec cca ve 2 hod ráno sekvence II sedimentace, vločky kalu se usazují na dně nádrže, doba trvání cca 120 min sekvence III odčerpávání vyčištěné vody Legenda: 1. nátok, 2. nátokový koš nebo česle, 3. denitrifikační prostor, 4. přepážka, 5. nitrifikační (aktivační) prostor, 6. dosazovací prostor, 7. odtokový žlab, 8. odtok, 9. recirkulace kalu, 10. provzdušňování
Kořenové čistírny odpadních vod umělý mokřad osázený vegetací s podpovrchovým horizontálním odtokem odpadní vody s definovaným filtračním prostředím (přírodní princip půdní filtrace) princip: založen na biochemických procesech a samočistících pochodech za účasti rostlin, schopnosti bakterií na kořenech rostlin odstraňovat organické znečištění Mokřady s plovoucími rostlinami Mokřady se submerzními (ponořenými) rostlinami Mokřady s emerzními (vynořenými) rostlinami S povrchovým odtokem S podpovrchovým vertikální odtokem S podpovrchovým horizontálním odtokem rostliny: rychle rostoucí, s vysokou biomasou rákos obecný, orobinec širokolistý, orobinec úzkolistý, orobinec úzkolistý, chrastice rákosovitá, zblochan vodní, kosatec žlutý a další potřeba předčištění vody septik, sedimentační nádrž, drtící kalové čerpadlo
Kořenové čistírny odpadních vod Legenda 1. tříkomorový septik 2. rozdělovací objekt 3. umělý mokřad osázený vhodnými bažinnými rostlinami 4. kontrolní odtoková šachta 5. dočišťovací okrasný rybníček 6. odpařovací zavlažovaná plocha s porostem stromů a keřů 7. kompost nebo plocha na odvodňování kalů rostlinami
Kořenové čistírny odpadních vod Výhody: nenarušují ráz krajiny, estetická funkce schopné čistit OV i s nízkou koncentrací organických látek odolné vůči povodním dobře se vyrovnávají s kolísáním a množství OV jsou málo náročné na obsluhu mají nižší náklady na údržbu Výhody: mají velké nároky na plochu (5 m 2 /1 EO) musí mít mechanické předčištění mají nižší účinnost odstraňování živin (sloučeni N a P) čištění nelze tak snadno regulovat Použití: čištění splaškových vod z jednotlivých domů nebo skupin domů čištění splachů z ulic, parkovišť a jiných zpevněných ploch čištění průsaků ze skládek pevného odpadu čištění OV z papíren, zemědělství