VYSOKÉ UENÍ TECHNICKÉ V BRN FAKULTA STAVEBNÍ CHEMIE A TECHNOLOGIE VODY MODUL M03 IŠTNÍ ODPADNÍCH VOD A ZPRACOVÁNÍ KAL STUDIJNÍ OPORY PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA
- 2 (108) -
Obsah OBSAH 1 Úvod 7 1.1 Cíle...7 1.2 Požadované znalosti...7 1.3 Doba potebná ke studiu...7 1.4 Klíová slova...7 2 Odpadní vody...8 2.1 Antropogenní vlivy na kvalitu pírodních vod...8 2.2 Zdroje odpadních vod...8 2.3 Složení mstských odpadních vod...9 Kliknete-li myší do volného prostoru 2.3.1 Splaškové odpadní vody...10 vpravo od obsahu, ten se Vám vybere 2.3.2 Prmyslové odpadní vody...12 (šed podbarví). Zmáknutím funkní 2.3.3 Srážkové vody odvádné do kanalizace klávesy...14 F9 se pak celý obsah zaktualizuje 2.3.4 dle skutených dat. Balastní vody...14 2.4 Promnlivost prtokových množství a kvality mstských odpadních vod...14 2.5 Požadavky na kvalitu vypouštných odpadních vod...16 2.6 Autotest...18 2.7 Shrnutí...19 3 Principy ištní mstských odpadních vod...20 3.1 Koncepce ištní mstských odpadních vod...20 3.2 Hrubé pedištní...21 3.3 Mechanické ištní...22 3.4 Biologické ištní...22 3.5 Zpracování kalu...23 3.6 Autotest...23 3.7 Shrnutí...23 4 Separace suspenzí usazováním...25 4.1 Charakteristika suspenzí...25 4.2 Usazovací nádrže...25 4.3 Dosazovací nádrže...27 4.4 Autotest...29 4.5 Shrnutí...29 5 Biologické ištní v aerobních podmínkách...30 5.1 Proces aerobního rozkladu organických látek...30 5.2 Zákonitosti rstu mikroorganizm...31 5.2.1 Jednorázové systémy...31 5.2.2 Kontinuální systémy bez recirkulace biomasy...34 5.3 Systémy s biomasou ve vznosu aktivace...35 5.3.1 Princip procesu...35 5.3.2 Technologické parametry aktivace...36 5.3.3 Technologické modifikace aktivace...39 5.3.4 Aktivovaný kal...42-3 (108) -
Modul 3 ištní odpadních vod a zpracování kal 5.3.5 Produkce biologického kalu a poteba živin... 44 5.3.6 Aktivace s nitrifikací... 45 5.3.7 Kvalita biologicky ištné odpadní vody... 47 5.4 Aerace aktivaních nádrží... 48 5.4.1 Spoteba kyslíku v reaktoru... 48 5.4.2 Pestup kyslíku do vody... 49 5.4.3 Zpsoby aerace... 51 5.5 Systémy s biomasou pisedlou na pevném nosii... 54 5.5.1 Princip procesu... 54 5.5.2 Zkrápné biologické kolony... 57 5.5.3 Rotaní diskové reaktory (RDR)... 59 5.6 Pirozené zpsoby biologického ištní... 60 5.6.1 Stabilizaní nádrže... 60 5.6.2 Koenové istírny... 62 5.7 Autotest... 62 5.8 Shrnutí... 63 6 Odstraování dusíku a fosforu... 65 6.1 Bilance živin v mstské odpadní vod... 65 6.2 Odstraování dusíku denitrifikace... 66 6.2.1 Denitrifikaní proces... 66 6.2.2 Zalenní denitrifikace do aktivaního procesu... 67 6.3 Biologické odstraování fosforu... 70 6.3.1 Princip zvýšeného biologického odstranní fosforu... 70 6.3.2 Uspoádání aktivace pro zvýšené biologické odstranní fosforu... 71 6.4 Chemické odstraování fosforu... 74 6.4.1 Tvorba nerozpustných slouenin fosforu... 74 6.4.2 Aplikace chemického srážení fosforenan na mstské OV76 6.5 Autotest... 77 6.6 Shrnutí... 77 7 Anaerobní procesy... 78 7.1 Mechanizmus a mikrobiologie anaerobních proces... 78 7.1.1 Hydrolytické a fermentaní mikroorganizmy - acidogeneze a acetogeneze... 78 7.1.2 Metanogenní mikroorganizmy metanogeneze... 79 7.1.3 Faktory ovlivující metanizaci... 80 7.2 Porovnání aerobních a anaerobních proces rozkladu organické hmoty80 7.3 Anaerobní ištní odpadních vod... 81 7.3.1 Kultivace anaerobní biomasy... 81 7.3.2 Provozní parametry anaerobních reaktor... 82 7.3.3 Konstrukní ešení reaktor a jejich použití pi ištní odpadních vod... 83 7.4 Autotest... 86 7.5 Shrnutí... 87-4 (108) -
Obsah 8 istírenské kaly...88 8.1 Základní vlastnosti kal mstských OV...88 8.2 Stabilizace kalu anaerobní fermentací...89 8.2.1 Provozní parametry procesu...89 8.2.2 Produkce a využití bioplynu...91 8.2.3 Další reakce probíhající pi anaerobní stabilizaci kalu...93 8.2.4 Intenzifikace procesu metanizace...94 8.3 Aerobní stabilizace kalu...95 8.4 Pasterizace kalu...96 8.5 Chemická stabilizace kalu...96 8.6 Snížení obsahu vody v kalu...97 8.6.1 Zahušování kalu...97 8.6.2 Odvodování kalu...98 8.6.3 Sušení kalu...99 8.7 Využití a zneškodnní kalu...100 8.7.1 Využití kalu ke hnojení zemdlské pdy...100 8.7.2 Spalování kalu...102 8.7.3 Skládkování kalu...103 8.8 Autotest...104 8.9 Shrnutí...105 9 Závr...106 10 Studijní prameny...107 10.1 Seznam použité literatury...107 10.2 Odkazy na další studijní zdroje a prameny...107 11 Klí...108-5 (108) -
Úvod 1 Úvod 1.1 Cíle V modulu.3 studijní opory k pedmtu Chemie a technologie vody s názvem ištní odpadních vod a zpracování kal se dozvíte se o komunálních odpadních vodách a procesech jejich ištní v aerobních i anaerobních podmínkách. Protože se jedná o biologické procesy, probereme ze základ mikrobiologie to, co je potebné k jejich pochopení. Jako odpad pi ištní odpadních vod vznikají istírenské kaly. V poslední ásti modulu se budeme zabývat jejich zpracováním a možnostmi jejich koneného využití i likvidace. 1.2 Požadované znalosti Pedpokladem k porozumní probírané látce je znalost základ hydrochemie, tak jak byly probrány v modulu.1 této studijní opory Chemie pírodních a pitných vod. 1.3 Doba potebná ke studiu S potebnými znalostmi, uvedenými v bodu 1.2, pedpokládám, že nastudování látky obsažené v tomto modulu budete muset vnovat 2-3 dny. 1.4 Klíová slova mstské odpadní vody, usazování, biologické aerobní ištní, aktivace, aerobní biologické kolony, nitrifikace, denitrifikace, odstraování fosforu, aerace, pírodní zpsoby ištní odpadních vod, biologické anaerobní ištní, istírenské kaly, stabilizace kal - 7 (108) -
Modul 3 ištní odpadních vod a zpracování kal 2 Odpadní vody 2.1 Antropogenní vlivy na kvalitu pírodních vod Lidé svojí inností významn ovlivují životní prostedí vetn pírodních vod. Nepímo se tak dje zásahy do krajinného hydrologického systému jako je regulace vodních tok, výstavba umlých nádrží, meliorace apod.. Pímo je kvalita pírodních vod ovlivována plošnými a bodovými zdroji zneištní. Na kvalitu podzemní vody má vliv pedevším zemdlská innost, ale i havárie, zejména na zaízeních dopravujících a zpracovávajících ropu. Typickým píkladem vlivu zemdlské innosti na kvalitu podzemní vody je výskyt dusinan v oblastech, kde byly díve jejich koncentrace výrazn nižší. Pi pehnojování pdy dusíkatými hnojivy jsou dusíkaté látky, které nebyly pijaty rostlinami, za spolupsobení nitrifikaních bakterií pemovány na dusinany. Tyto jsou vyplavovány vodou do spodních horizont, kde nejsou podmínky pro jejich další pemnu. Dalším píkladem vlivu zemdlské innosti je používání pesticid (látek hubících rostlinné i živoišné škdce). Nkteré z nich, zejména na bázi chlorovaných uhlovodík (nap. v souasné dob již nevyrábné DDT), jsou velice rezistentní, v životním prostedí petrvávají dlouhou dobu a pedstavují tak vzhledem k toxickému psobení na organizmy nebezpeí pro celou hydrosféru. Také píklady kontaminace podzemní vody ropnými látkami nejsou neobvyklé. Jiným píkladem je zneištní podzemní vody silnými kyselinami, nap. pi tžb uranové rudy pivádním kyseliny sírové do podzemí. Všeobecn platí zásada, že sanace kontaminované podzemní vody je technicky velice nároná a nákladná. Podzemní vody jsou zásobárnou vod pitných a pedevším z tohoto dvodu je potebné zachovat jejich kvalitu nenarušenou lidskou inností. Vody povrchové jsou vystaveny více vlivm lidské innosti než vody podzemní. Zdroje jejich zneištní lze rozdlit na plošné a bodové. K plošným zdrojm zneištní patí vody srážkové, které se pi prostupu atmosférou mohou obohatit kontaminanty z ovzduší. Významnjší zdroj plošného zneištní pedstavují látky vyplavované z pdy, jejichž množství a složení ovlivuje vedle intenzity srážek reliéf povrchu, druh porostu i zpsob hospodaení (obdlávání, hnojení, použití pesticid apod.). Bodové zdroje zneištní pedstavují hlavn odpadní vody, odvádné veejnými kanalizacemi z obcí, pípadn prmyslové a zemdlské závody, vypouštjící odpadní vody pímo do vodních recipient. 2.2 Zdroje odpadních vod Vody po použití, zmní-li svoje vlastnosti, teba jen fyzikální (teplotu), se nazývají vodami odpadními. Podle svého pvodu se odpadní vody rozdlují na: Splaškové odpadní vody. Jsou to odpadní vody vypouštné do ve- ejné kanalizace z byt a obytných dom. Patí k nim i odpadní vody z mstské vybavenosti, jako jsou školy, restaurace, hotely, kulturní za- ízení apod., mající podobný charakter jako odpadní vody od obyva- - 8 (108) -
Odpadní vody tel. Specifické množství splaškových vod (množství od 1 obyvatele za den) závisí na bytové vybavenosti (koupelny, sprchy, pívod teplé vody aj.) a je prakticky shodné se spotebou pitné vody. Prmrn se poítá se specifickou produkcí splaškových vod 150 l/osobu.den. Prmyslové odpadní vody. Jsou to odpadní vody vypouštné do ve- ejné kanalizace z prmyslových závod a výroben, píp. pedištné v závod, tj. zbavené toxických a pro provoz veejné kanalizace a istírny odpadních vod (OV) škodlivých látek. adí se k nim i odpadní vody ze zemdlství. Prmyslové odpadní vody jsou vypouštny do vodních recipient bu samostatn nebo spolu se splaškovými vodami prostednictvím veejné kanalizace. Tyto smíšené odpadní vody se nazývají mstskými (bez ohledu na velikost obce). Podíl prmyslových vod bývá rzný, v našich podmínkách iní obvykle 80 až 100 % z vod splaškových. Srážkové odpadní vody. Jejich množství závisí na velikosti odvod- ované plochy, její kvalit (sklonu, povrchu) a intenzit srážek. Pi krátkodobém psobení srážky dosahují v maximech hodnot zdaleka pevyšujících prtok splaškových a prmyslových odpadních vod, a proto na n musí být dimenzována kanalizace. Balastní vody. Do veejné kanalizace se dostává urité množství podzemních vod netsnostmi kanalizace, nkdy jsou jí odvádny i vody povrchové. Tyto vody, které do veejné kanalizace nepatí, nebo v pravém slova smyslu nejsou odpadními vodami, tvoí asto svým objemovým množstvím významný podíl (podle kvality stokové sít a výšky hladiny podzemní vody). Veejné kanalizace jsou bu oddílné pro oddlené odvádní vod splaškových s prmyslovými a vod dešových (dešovou kanalizací), jednotné, jimiž je odvádna z intravilánu sídlišt se splaškovými a prmyslovými odpadními vodami také srážková voda, která se tím stává vodou odpadní. Typ jednotné kanalizace je zdaleka pevažující. 2.3 Složení mstských odpadních vod Složení mstské odpadní vody je ureno složením jejích jednotlivých ástí, tj. vod splaškových, prmyslových, balastních a srážkových a jejich objemovým podílem.. To není vždy shodné, a proto existuje i znaná variabilita ve složení mstské odpadní vody. Vlivem prmyslového zneistní dochází nkdy ke znanému zvýšení koncentrace nkterých látek, naopak balastní vody nkdy siln mstské odpadní vody ze ují. Nejvýznamnjším ukazatelem pro posuzování kvality mstské odpadní vody je BSK 5. Prmrné BSK 5 mstských odpadních vod bývá 150 až 400 mg.l -1, hodnoty mimo tuto oblast lze považovat za anomální. Koncentrace CHSK Cr bývají pibližn dvojnásobné. - 9 (108) -
Modul 3 ištní odpadních vod a zpracování kal Koncentrace nerozpuštných látek bývá v mstských odpadních vodách zpravidla 100 až 500 mg.l -1, koncentrace rozpuštných látek 500 až 1000 mg.l -1. V desítkách mg.l -1 (10 až 50 mg.l -1 ) bývá obsažen amoniakální dusík i dusík vázaný do organických slouenin, kdežto dusík dusinanový a dusitanový, které jsou v tomto prostedí velice labilní, ádov v jednotkách mg.l -1, resp. desetinách mg.l -1. V jednotkách mg.l -1 bývá obsažen celkový fosfor, v desítkách mg.l -1 se vyskytují koncentrace Na, K, Mg, Ca, Cl - a SO 4 2-. U posledních tí látek koncentrace mnohdy pesahují 100 mg.l -1. Významný je obsah HCO 3 -, jichž bývá i nkolik set mg.l -1. Tyto mají tlumivý úinek (brání zmnám ph pídavkem kyselin a zásad). KNK 4,5 odpadních vod je zjišováno v jednotkách mmol.l -1 (1 mmol.l -1 odpovídá 61 mg.l -1 HCO 3 - ) a ph zpravidla v rozsahu od 7,0 do 8,0. Koncentrace extrahovatelných látek, z nichž tvoí nejvtší ást tuky, bývají ádov v desítkách mg.l -1. Významnou vlastností odpadní vody je její teplota, nebo tato ovlivuje rychlost biochemických reakcí. Prmrná roní teplota mstských odpadních vod se v našich podmínkách pohybuje od 10 o C do 20 o C. Nižší hodnoty jsou zpravidla dsledkem pronikání chladných podzemních vod, vyšší naopak vlivem nkterých prmyslových odpadních vod. V prbhu dne není kolísání teploty odpadní vody výrazné, vtšinou se pohybuje v rozsahu ± 1 o C. Podstatn vtší jsou rozdíly mezi teplotou odpadní vody v lét a v zimních msících, obvykle bývají kolem 10 o C. V zim mže klesnout teplota odpadní vody v prbhu jejího istní zvlášt pi dlouhých dobách zdržení v mechanicky aerovaných aktivaních nádržích k hodnot blízké bodu mrazu, což pak psobí na OV provozní potíže, jako nap. namrzání zaízení. 2.3.1 Splaškové odpadní vody Látky obsažené ve splaškových vodách mají pvod v pitné vod, kterou je zásobeno obyvatelstvo, produktech metabolizmu (exkrementech), produktech lidské innosti v domácnostech, které jsou splachovány do veejné kanalizace (zbytky jídel, prací a istící prostedky aj.). Pitná voda obsahuje prakticky výhradn anorganické látky (podíl organických látek je oproti jiným zdrojm zanedbatelný). Jedná se o soli - z kationt pevažují Ca 2+, Mg 2+, Na + a K +, z aniont HCO 3 -, SO 4 2-, Cl -, píp. NO 3 -. Koncentrace tchto látek bývají s výjimkou NO 3 - v mstských odpadních vodách zpravidla zvýšeny. Na zneištní splaškových odpadních vod se výrazn podílejí lidské produkty metabolizmu. Jejich prmrná produkce bývá udávána hodnotami, které jsou uvedeny v Tab.2.1 spolu s celkovou produkcí látek ve splaškových odpadních vodách dle SN 75 6401 istírny mstských odpadních vod. - 10 (108) -
Odpadní vody Tab.2.1: Produkce látek ve splaškových odpadních vodách Látky organické anorganické celkové BSK 5 N P Produkty metabolizmu, g/obyv.den Látky celkem 80 30 110-10 1,6 Produkce celková dle SN 75 6401, g/obyv.den Nerozp.látky 40 15 55 30 1 0,2 (z nich usaditelné) 30 10 40 Rozpuštné látky 50 75 125 30 10 2,3 Látky celkem 90 90 180 60 11 2,5 Z výše uvedených bilanních hodnot pipadajících na jednoho obyvatele a den a ze specifické produkce odpadní vody (150 litr/obyv.den) lze vypoítat oekávanou prmrnou koncentraci látek ve splaškové odpadní vod. Tímto výpotem lze zjistit, že koncentrace nerozpuštných látek je 350 mg.l -1 s podílem organické hmoty 72,7 %, koncentrace rozpuštných látek je 800 mg.l -1 s organickým podílem 40 % a prmrné BSK 5 je 400 mg.l -1. Z nerozpuštných látek lze cca 70 % odstranit usazováním, což má technologický význam pi ištní tchto vod. Pomr CHSK Cr : BSK 5 je cca 2:1. Z organických látek jsou ve splaškových vodách zastoupeny jejich ti hlavní skupiny, obsažené v pírodních materiálech: proteiny (bílkoviny), sacharidy a lipidy (z nich pedevším tuky). Znaný podíl z látek, produkovaných jako lidské metabolity, pipadá na mo. kterou je vyluováno (Tab.2.2): Tab.2.2: Látky vyluované moí látka Na K Cl - P S moovina g/obyv.den 5,0 2,0 9,0 1,2 2,7 * 20-30 * 75% pipadá na S-SO 2-4 (sírany) Ionty pítomné v metabolitech (pedevším Na +, K +, Cl -, SO 4 2- ) jsou píinou jejich zvýšených koncentraci ve splaškové odpadní vod ve srovnání s pitnou vodou. Významná je produkce mooviny, obsahující 46,6 % dusíku. Tato látka podléhá snadno rozkladu psobením enzymu ureázy za tvorby amoniaku: NH 2.CO.NH 2 + H 2 O = CO 2 + 2 NH 3 [2.1] Ve splaškové vod nacházíme, pokud není zcela erstvá, jen nízkou koncentraci mooviny (pod 10 mg.l -1 ), nebo pevážná ást je rozložena na amoniak, který tvoí ve splaškové vod dominantní podíl z dusíku celkového. V pitné vod bývají nkdy pítomny dusinany, které jsou v odpadní vod mikrobiálním procesem pomrn rychle redukovány na N 2 resp. N 2 O, takže jich v - 11 (108) -
Modul 3 ištní odpadních vod a zpracování kal tomto prostedí nacházíme obvykle jen nízké koncentrace, nkdy spolu s dusitany, které jsou meziproduktem této redukce. Fosfor se vyskytuje v metabolitech pedevším ve form fosforenan, vyluovaných moí. Menší ást fosforu je vázána do organických slouenin, z nichž nejvtší význam mají nukleové kyseliny, obsažené v bunných jádrech všech živých organizm. Specifická produkce fosforu je však podstatn vyšší než odpovídá metabolickým produktm, nebo znaný jejich podíl je obsažen zejména v polyfosfátech, které bývají souástí pracích prostedk. Ze slouenin síry pevažují v metabolitech sírany. ást síry je vázána v organických sloueninách, zvlášt bílkovinách, nebo je složkou jejích stavebních element - nkterých aminokyselin. Ve stokové síti mohou být mikrobiálním procesem v anaerobních podmínkách organické látky s obsahem síry rozloženy za uvolnní sulfid, které vznikají v tomto prostedí také redukcí síran. Fenoly bývaly indikátorem pítomnosti splaškových odpadních vod, v souasné dob je však jejich indikátorová hodnota bezvýznamná, nebo pírodní vody jsou znan zneištny tmito látkami z jiných zdroj jako nap. odpadní vody z tepelného zpracování uhlí. Jako indikátor splaškových vod lze použít barvivo urochrom, vyluované moí a nacházející se ve splaškové vod v koncentraci cca 40 g/l. 2.3.2 Prmyslové odpadní vody Z prmyslových závod a výroben jsou vypouštny prmyslové odpadní vody. Tyto obsahují odpadní vody od zamstnanc vetn odpadních vod ze závodních kuchyní a jídelen. Jsou svým složením podobné vodám splaškovým, odpadní vody srážkové, odvádné z areálu závodu, odpadní vody chladící. Tvoí asto významný podíl z celkového objemu odpadní vody vypouštné z prmyslového závodu. Jsou jen málo zneištné a proto je tendence pro jejich optovné využití v závod (recirkulace), odpadní vody technologické, odpadající pímo z technologických proces. V mnoha pípadech tvoí látky v nich obsažené svým množstvím i charakterem nejvýznamnjší složku z celkového zneištní. Vzhledem k rzným technologickým procesm prmyslových výrob nelze podat obecnou charakteristiku kvality prmyslových odpadních vod. U prmyslových odpadních vod je teba vždy posoudit, zda neobsahují v nepípustných koncentracích látky toxické, holavé, výbušné a jinak škodlivé pro provoz kanalizace a istírny. Povolené množství a kvalitu prmyslových odpadních vod vypouštných do veejných kanalizací stanovuje její správce v kanalizaním ádu. Vhodné pro spolené ištní se splaškovými vodami, ale i samostatn, jsou odpadní vody, neobsahující extrémn vysoké koncentrace suspendovaných látek a v rozpustné nebo v koloidní form obsahující biologicky rozložitelné organické látky, jako je vtšina slouenin pírodního pvodu. Jejich koncentrace bývá nkdy mnohonásobn vyšší než u splaškových vod, v hodnotách - 12 (108) -
Odpadní vody BSK 5 1000 až 4000 mg.l -1. K tomuto typu patí odpadní vody z potravináského prmyslu, jako jsou mlékárny, pivovary, sladovny, konzervárny, škrobárny, dále pak odpadní vody z prmyslu kožedlného (obsahují také Cr III ) a textilního. Pro posouzení organického zneištní v prmyslových odpadních vodách je zaveden pojem populaní ekvivalent. Jestliže je z prmyslového závodu vypouštna odpadní voda obsahující X kg BSK 5 za den, íkáme, že její populaní ekvivalent (PE) je 1000.X/60, což je zneistní vyjádené potem hypotetických obyvatel. Nkteré prmyslové odpadní vody obsahují organické látky, které jsou sice toxické, ale pi tom biologicky rozložitelné. K tmto patí fenoly, obsažené v odpadních vodách z petrochemického prmyslu, tepelného zpracování uhlí aj. Pro biologické ištní je nepíznivý nárazový pívod fenol v koncentraci ádov již v mg.l -1. Pi jejich rovnomrném pívodu a po zapracování procesu (pozvolném zvyšování koncentrace fenol) však lze úspšn istit odpadní vody s koncentrací fenol v desítkách až stovkách mg.l -1, pi emž tyto jsou v prbhu procesu rozkládány. Bžnou složkou mnoha prmyslových vod jsou ropné látky, což je ropa a produkty jejího zpracování. Jejich zdrojem je petrochemický a strojní prmysl, ale i autoopravny, stediska dopravy aj. Analyticky jsou charakterizovány stanovením nepolárních extrahovatelných látek (NEL). Rozpustnost ve vod je u jednotlivých slouenin obsažených v ropných produktech znan odlišná a dosahuje hodnot od setin po stovky mg.l -1. Vi mikrobiálnímu rozkladu jsou vesms velice rezistentní, i když existují bakteriální druhy, které je rozkládají. Podle stupn disperzity se rozlišují ropné látky rozpuštné a nerozpuštné ve vod, pi emž posledn uvedené se ješt dlí na volné a emulgované. Je-li obsah volných uhlovodík nad 0,1 až 0,2 mg.l -1, tvoí se na hladin film. který brání pístupu vzduchu do vody. Jejich koncentrace v mstských odpadních vodách bývají ádov v mg.l -1. Obsahují-li prmyslové odpadní vody ropné látky v koncentracích vyšších než 10 až 20 mg.l -1, musí být ped vypuštním do veejné kanalizace odstranny v prmyslovém závod. Dalšími v mstských odpadních vodách se bžn vyskytujícími látkami jsou tenzidy, které mají svj pvod v prmyslových, ale i ve splaškových vodách, do nichž se dostávají s pracími prostedky. Tenzidy tvoí podstatnou složku pracích prostedk, zvaných detergenty (díve saponáty). Detergent obsahuje vedle povrchov aktivních látek tenzid - ješt další látky, a to aktivaní písady (polyfosforenany, deriváty škrobu a celulózy), plnidla (síran sodný), barviva, parfémy, blící prostedky aj. Obsahují-li prmyslové odpadní vody nadmrné koncentrace toxických látek, tyto musí být ped vypuštním do veejné kanalizace odstranny, což se snadnji daí u koncentrovanjších vod než u vod naedných. Toxicita se posuzuje nejen z hlediska škodlivého psobení na biologické procesy v OV, píp. v recipientu, ale i z hlediska možného úinku na pracovníky kanalizace (výpary), složení produkovaných istírenských kal a zpsob jejich zpracování aj. K látkám, jejichž koncentrace musí být v odpadních vodách vypouštných do veejné kanalizace výrazn sníženy, patí nap. kyanidy. Mezi látky, jejichž - 13 (108) -
Modul 3 ištní odpadních vod a zpracování kal koncentrace jsou písn limitovány, patí také tžké kovy. Jsou obsaženy pedevším v odpadních vodách z povrchové úpravy kov (Zn, Cu, Ni, Cr, Cd), kde jsou asto obsaženy i kyanidy. Jinými zdroji tžkých kov jsou kožedlný prmysl (Cr), opravny a nabíjecí stanice akumulátor (Pb, Cd) atd. Velký obsah železa (až desítky g.l -1 ) bývá zjišován v odpadních vodách z moíren, jejichž oplachové vody obsahují až stovky mg.l -1 Fe. Do veejné kanalizace nesmí být vypouštny odpadní vody píliš kyselé nebo alkalické. Pípustné ph bývá 6,0 až 8,5. Rovnž nadmrný obsah jinak neškodných látek je nepípustný, nap. za pijatelnou koncentraci NaCl a Na 2 SO 4 pro biologické ištní se považuje 10 až 15 g.l -1 tchto slouenin, nehled na jejich korozívní úinek vi stokové síti. 2.3.3 Srážkové vody odvádné do kanalizace Kvalita srážkových vod (déš, tající sníh) odvádných kanalizací je velice promnlivá a závisí na mnoha okolnostech. Neistoty povrchu vozovek jsou splachovány dešovou vodou pedevším s jejím prvním podílem, který mže být siln zneištn, zvlášt po delším bezdeštném období. Uvádí se, že koncentrace organického zneistní v tchto vodách je podobná jako ve vodách splaškových. Proto je snaha o jejich zachycení a istní. Další podíly dešových vod jsou zneištny již podstatn mén. Pi velké intenzit dešt dochází ke splachování písku, jehož množství se i nkolikanásobn zvtšuje oproti bezdeštnému období. V zim se dostává do kanalizace se srážkovými vodami z tajícího snhu velké množství solí ze sypaných vozovek, což se projeví pechodn velkým nárstem koncentrace chlorid (i více než na dvojnásobek). Všeobecn lze konstatovat, že srážkové vody v prmru odpadní vody ze ují, a to nkdy velmi podstatn. 2.3.4 Balastní vody Vody balastní jsou pevážn málo zneistné, a proto jejich pítomnost v mstských odpadních vodách je píinou jejich ze ování, a to tím více, ím vtší podíl tvoí. Nkdy, zvlášt u nekvalitn provedených kanalizací, mže být ední tak velké, že pro nízkou koncentraci zneistní (BSK 5 pod 50 mg.l -1 ) je jejich biologické istní na OV problematické. 2.4 Promnlivost prtokových množství a kvality mstských odpadních vod Odpadní vody jsou zpravidla velice promnlivé kvality a také jejich vypouštné množství bývá znan kolísavé. Pesto lze u odpadních vod mstských i prmyslových vysledovat uritou pravidelnost v prtokovém množství i kvalit, související s životním rytmem obce nebo podmínnou výrobním procesem v prmyslovém závod. Pro kvantifikování promnlivosti daného parametru (prtok, koncentrace sledované látky nebo její bilanní množství) za urité asové období se zavádí koeficienty nerovnomrnosti. Koeficient hodinové nerovnomrnosti : k hi = X hi /X d [2.2] - 14 (108) -
Odpadní vody Koeficient denní nerovnomrnosti: k dn = X dn /X r [2.3] V tchto rovnicích je X hi hodnota parametru v hodin i, X d je denní prmr parametru (stanovený pro den, ve kterém je men koeficient hodinové nerovnomrnosti), X dn je denní prmr parametru v den n, X r je prmr parametru za delší asové období, nap.rok. Z koeficient denní nerovnomrnosti má nejvtší význam maximální, píp. minimální hodnota dosažená v prbhu dne - k h (max) a k h (min), které se nazývají koeficient hodinové nerovnomrnosti denního maxima a koeficient hodinové nerovnomrnosti denního minima. Nkdy bývá prvý nazýván zkrácen (ne však dosti pesn) koeficient hodinové nerovnomrnosti. Obvyklé bývá stanovení prmrných hodnot k h (max) a k h (min) z více mení. Kolísání prtokového množství mstské odpadní vody má v prbhu 24 hodin uritou pravidelnost s minimem v noních hodinách s maximem obvykle mezi 11. až 15. hodinou, u malých obcí však i ve veerní dob. Velikost koeficientu hodinové nerovnomrnosti prtokového maxima závisí na velikosti obce. Snižuje se s rostoucím potem obyvatel, jak je uvedeno v SN 71 6701 Stokové sít. Tab.2.3: Koeficient hodinové nerovnomrnosti prtokového maxima podle SN 71 6701 Poet ekviv. obyvatel 50 100 500 1 000 10 000 100 000 k h (max) - pro prtok 6,7 5,9 2,6 2,2 2,0 1,5 Koeficient hodinové nerovnomrnosti je výrazn ovlivnn srážkovými vodami. Uvedené hodnoty se vztahují k období, které není srážkovými vodami ovlivnno. Kolísání prtoku mstských odpadních vod je v bezdeštném období provázeno kolísáním koncentrace zneisujících látek, které má obvykle stejný denní rytmus - s rostoucím prtokem roste i koncentrace zneištní, což lze mimo jiné vysvtlit snižováním podílu balastních (podzemních) vod s nízkou koncentrací zneištní. Na OV bývají obvykle sledována denní prtoková množství a prmrná kvalita odpadní vody (ze slévaných vzork). Promnlivost tchto ukazatel lze hodnotit pomocí koeficient denní nerovnomrnosti k d. Hodnota koeficient denní nerovnomrnosti má statistický charakter a takto musí být posuzována. Vhodné je sestrojení distribuní kivky (neboli kivky etnosti nepekroení), což je závislost hodnoty koeficientu k d na podílu pípad (z celkového potu provedených mení), v nichž tato hodnota není pekroena. Nejvyšší zjištná hodnota (nap. v prbhu roku) má pi tom jen malý statistický význam. Nkdy se nap.pro dimenzování objekt mstských OV volí koeficient denní nerovnomrnosti koncentrace zneistní, odpovídající etnosti nepekroení 0,85, což znamená, že pravdpodobnost nepekroení takto stanoveného koeficientu bude 0,85, tedy že uvedený koeficient nebude pekroen v 85 % pípad. - 15 (108) -
Modul 3 ištní odpadních vod a zpracování kal Píklad distribuní kivky - závislost hodnot k d na pravdpodobnosti jejich nepekroení pro prtokové množství a koncentraci BSK 5 v surové a biologicky ištné odpadní vod jsou znázornny na Obr.2.1. 2,5 2,0 k d 1,5 1,0 0,5 BSK 5 -SV BSK 5 -BV prtok 0,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 pravdpodobnost nepekroení Obr.2.1. Distribuní kivka pro prtokové množství a kvalitu surové (SV) a biologicky ištné (BV) odpadní vody dle BSK 5 Z Obr.2.1 vyplývá, že pravdpodobnost nepekroení má pro kvalitu surové i biologicky ištné odpadní vody prakticky stejný prbh, kdežto pro prtok je tato závislost mén strmá, neboli odchylky denních prmr od dlouhodobého prmru jsou pro prtokové množství menší než pro BSK 5. Pro pravdpodobnost nepekroení 0,85 koncentraní hodnoty BSK 5 lze odeíst koeficient k d = 1,4. 2.5 Požadavky na kvalitu vypouštných odpadních vod Odpadní vody jsou vypouštny do vod povrchových (vypouštní do vod podzemních je zakázáno), piemž jejich škodlivý vliv na povrchovou vodu lze charakterizovat následovn: Zanášení koryta ek suspendovanými usaditelnými látkami, píp. zne- isování beh makroskopickými látkami unášenými vodou. Estetické a organoleptické závady (pachové). Vyerpání rozpuštného kyslíku, pedevším mikrobiálním rozkladem organických látek, a tím znemožnní života vyšších a organizm vyvolání závad, uvedených v pedchozím bodu. Epidemiologické závady vlivem pítomnosti patogenních organizm vir, bakterií, prvok, erv aj. Kontaminace vody toxickými nebo jinak škodlivými látkami (tžké kovy, chlorované organické látky, fenoly aj.). - 16 (108) -
Odpadní vody Pívod látek zpsobujících eutrofizaci povrchových vod. Zvyšování solnosti (obsahu solí) vody. Zmna teploty, pedevším její zvyšování, což mže být významné pi vypouštní velkého množství chladících vod. K tomu, aby byly výše uvedené negativní vlivy odpadních vod na povrchové vody eliminovány nebo alespo sníženy na pijatelnou míru, musí být odpovídajícím zpsobem vyištny. Stupe tohoto ištní vyplývá z vodohospodáského rozhodnutí, které obsahuje, mimo jiné, pedevším povolené vypouštné množství odpadní vody a koncentraní, pípadn bilanní limity pro jednotlivé složky zneištní. Pi vypracování uvedeného rozhodnutí vodoprávním úadem se vychází z celostátn platné legislativy (Naízení vlády R.61/2003 Sb), kterým jsou stanoveny: 1) emisní standardy, což jsou limitní hodnoty ukazatel (vtšinou maximáln pípustné koncentrace) ve vypouštné odpadní vod, stanovené závazn pro jednotlivá odvtví prmyslu i pro mstské odpadní vody (v rozhodnutí mohou být stanoveny limity písnjší). 2) Imisní standardy, což jsou limitní hodnoty ukazatel (vtšinou maximáln pípustné koncentrace) ve vodním recipientu, které by pi vypouštní odpadní vody nemly být pekroeny ani za nejmén píznivých hydrologických pomr (prtok v ece Q 355 ). Pi vypracování rozhodnutí se pihlíží také k tomu, zda voda v recipientu pod výustí odpadní vody neslouží jako zdroj pitné vody (po úprav) nebo k rekreaním úelm. Pi stanovení emisních standard se pihlíží ke zdroji zneištní. U prmyslových odpadních vod jsou jmenovit stanoveny ukazatele podle druhu výroby a z toho vyplývajícího zneištní, U mstských odpadních vod jsou takto limitovány maximáln pípustné koncentrace BSK 5, CHSK Cr, NL, N-NH 4 +, N-celk a P-celk a minimální úinnost ištní, a to vše diferencovan podle velikosti zdroje. Koncentrace jsou limitovány hodnotami: pípustnými (p), maximálními (m) a prmrnými. Pípustné koncentrace se hodnotí ze smsných vzork, slévaných podle velikosti OV po dobu 2 hodin (pro OV < 2000 EO) resp. 24 hodin, pi emž doba slévání, etnost odbr a tolerovaný poet pekroení limitních hodnot je stanoven podle velikosti OV a je uveden v citovaném Naízení vlády. Maximální koncentrace, hodnocené ze vzork slévaných po dobu 2 hod jsou nepekroitelné. Prmry ukazatel se hodnotí za posledních 12 msíc a jsou nepekroitelné. - 17 (108) -
Modul 3 ištní odpadních vod a zpracování kal Tab.2.4: Emisní standardy pro mstské odpadní vod Kapacita OV (EO) CHSK Cr, mg.l -1 BSK 5, mg.l -1 NL, mg.l -1 p m p m p m 500-2000 125 180 30 60 35 70 2001-10 000 120 170 25 50 30 60 10 001-100 000 90 130 20 40 25 50 > 100 000 75 125 15 30 20 40 Tab.2.4: pokraování Kapacita OV (EO) N-NH 4 N celk (N anorg ) P celk p m * prmr m * prmr m 2001-10 000 15 30 - - - - 10 001-100 000 - - 15 (20) 20 (30) 2 (3) 6 > 100 000 - - 10 (15) 20 (20) 1 (1,5 ) 3 * hodnota platí pro období, ve které teplota vody na odtoku z biologického stupn je vyšší než 12 o C. Údaje v závorce je možné tolerovat do r.2010. Místo ukazatele N-celk lze po tuto dobu vycházet z ukazatele N-anorg. EO ekvivalentní obyvatel Limity pro OV < 500 EO stanoví vodoprávní úad na základ znalosti místních podmínek. Minimální úinnost je stanovena pro OV s kapacitou vtší než 2 000 EO (pro OV 500 2000 EO údaje v závorce) takto: CHSK Cr 75 % (70 %), BSK 5 85 % (80 %), NL 90 % (80 %) a pro OV s kapacitou vtší než 10 000 EO: N-celk 75 %, P-celk 80 %. 2.6 Autotest 1. V jaké form je v mstské odpadní vod pevážn pítomen dusík? a) jako N-NH 4 a N org b) jako N-NO 2 c) jako N-NO 3 d) jako N org 2. Co je nejvýznamnjším ukazatelem pro posuzování kvality mstské odpadní vody? a) CHSK Cr - 18 (108) -
Odpadní vody b) BSK 5 c) obsah tžkých kov d) obsah N a P 3. Na jaký typ odpadní vody se dimenzuje smsná kanalizace? a) na splaškovou odpadní vodu b) na splaškovou + prmyslovou odpadní vodu c) na srážkovou vodu d) na balastní vodu 4. Co je to emisní standard? a) limitní hodnota ukazatele ve vypouštné odpadní vod b) limitní hodnota ukazatele ve vodotei po smísení s vypouštnou odpadní vodou c) správné oznaení je imisní standard d) povolené množství vypouštné odpadní vody 2.7 Shrnutí Odpadní vody se podle pvodu rozdlují na splaškové, prmyslové, srážkové a balastní. Zneištní v nich obsažené mže významn ovlivovat kvalitu vody v recipientu, proto je jejich vypouštní upraveno zákonem. - 19 (108) -
Modul 3 ištní odpadních vod a zpracování kal 3 Principy ištní mstských odpadních vod Zpsob ištní odpadních vod se volí podle kvality produkované surové vody a podle požadované kvality na vypouštnou odpadní vodu. Zde je pojednáno o ištní mstských odpadních vod, které je použitelné i pro sanování ady prmyslových a zemdlských odpadních vod, pokud se svým složením od tchto výrazn neodlišují. Nelze však postihnout všechny druhy prmyslového zneištní, nebo nkteré vyžadují vzhledem ke svému anomálnímu složení speciální postupy. ištní mstských odpadních vod zahrnuje odstranní, píp. snížení koncentrace: hrubých neistot, suspendovaných ástic, koloidních látek a rozpuštných biologicky rozložitelných látek, nutrient (slouenin dusíku a fosforu), patogenních organizm. Naopak mstské OV nejsou navrhovány pro odstranní rozpuštných anorganických látek s výjimkou slouenin obsahujících dusík a fosfor. Pi návrhu technologie ištní se pihlíží také k velikosti istírny odpadních vod (OV) i když samozejm neexistují pesné hranice, tak jak jsou stanoveny ve vodoprávních limitech. Uritými specifiky se vyznaují malé OV, za nž se považují zaízení s kapacitou pod cca 2 000 EO (ekvivalentních obyvatel), kdežto pro zdroje s potem obyvatel pod 50 EO se navrhují domovní OV. Úinnost ištní odpadních vod celé OV, pípadn jejích jednotlivých stup se hodnotí se hodnotí podle z koncentrací na vstupu a odtoku z hodnocených objekt. Jestliže S o a S z jsou koncentrace substrátu (vyjádené nap. hodnotami BSK 5 v g.m -3 ) v pítoku do biologické jednotky a v odtoku ištné vody, potom je istící úinnost E (%): E = S 0 S S 0 Z 100 [3.1] 3.1 Koncepce ištní mstských odpadních vod istírny mstských odpadní vod lze rozdlit na mechanicko-biologické a biologické. Mechanickou ást tvoí usazovací nádrž(e), v níž je odpadní voda zbavena usaditelných látek. Za uritých podmínek to mže být výhodné, ponvadž organické zneištní odpadní vody je takto sníženo s pomrn malou energetickou nároností. Samostatné mechanické OV se v souasné bod nebudují, ponvadž nevyhoví požadavkm na minimální úinnost. V biologických OV jsou suspendované látky odstranny spolu s rozpustnými rozložitelnými organickými látkami v biologickém stupni. - 20 (108) -
Principy ištní mstských odpadních vod Prtokové množství odpadních vod je promnlivé i v bezdeštném období (kapitola 2.4). Za velkých deš mže být prtok odpadních vod, teba i po krátkou dobu, nkolikanásobn zvýšen. Dimenzovat všechny objekty OV na tento maximální prtok by bylo neekonomické. Biologický stupe je zpravidla dimenzován na bezdeštné maximum. Problém dešových prtok se eší budováním dešových zdrží, které mohou být situovány již na stokové síti, lépe však na OV, nebo prvn uvedené ešení je z hlediska organizace jejich provozu nevýhodné. Na OV se budují dešové zdrže za hrubým pedištním nebo alespo za eslemi jako nádrže, do nichž pepadá ást odpadní vody, pevyšující hydraulickou kapacitu dalších objekt. Nádrž funguje jako retenní a voda v ní zachycená je po opadnutí pívalového množství peerpána do OV. Pokrauje-li prtok i po naplnní, funguje tato jako prtoná usazovací nádrž. Proto musí být vybavena zaízením pro vyklízení kalu, který je po ukonení provozu odvádn do OV. 3.2 Hrubé pedištní Pi ištní mstských odpadních vod je teba z nich odstranit pedevším hrubé, makroskopické látky, jejichž pítomnost by mohla vést v dalších stupních ištní k mechanickým závadám a zanášení objekt a zaízení OV. Jedná se o vznášené ástice, o ástice sunuté po dn stoky (v podstat písek) a látky plovoucí. Hrubé pedištní je souástí všech OV bez ohledu na jejich další technologické vybavení. Pro zachycení vznášených ástic slouží esle, charakterizované pedevším šíí prlin a zpsobem stírání shrabk. Na vtších OV bývají budovány esle s vtšími prlinami (5 až 10 cm), zvané ochranné a jemné s prlinami obvykle 5 až 10 mm. Stírání bývá nkdy runí, u jemných eslí s výjimkou malých za- ízení prakticky výlun strojové. Shrabky jsou materiálem siln vodnatým, s vysokým podílem organických látek, esteticky a hygienicky závadným. Pro jeho likvidaci je vhodné spalování v zaízeních vybavených zneškodnním odvádných plyn. Jinou možností je skládkování. Pro snížení obsahu vody i celkové hmotnosti bývají shrabky lisovány. Pro zachycení písku slouží lapae písku, které jsou nkdy uspoádány i pro zachycení plovoucích látek (tukových), což je výhodné pedevším u OV bez usazovacích nádrží. Kemiitý písek má hustotu 2,65 g.cm -3 a lapae písku jsou navrhovány na principu gravitaního odluování tak, aby zachytily ástice o této hustot vtší než 0,1 až 0,2 mm. Podle prtoku se rozlišují lapae s horizontálním prtokem a rychlostí proudní cca 0,3 m.s -1 nebo s vertikálním prtokem. Doba zdržení by nemla na obou klesnout pod 30 minut. Na vtších OV jsou navrhovány vírové lapae, u nichž je využito rotaního pohybu vody vtékající tangenciáln do kruhové nádrže s kónusovým dnem. Písek se pi víivém pohybu shromaž uje na dn ve stedu lapae, kde je umístna jímka. asté, zvlášt na vtších OV, jsou lapae provzdušované s horizontálním smrem prtoku vody. Vzdušnním se v nich vytváí v píném profilu rotace kapaliny, což pispívá k lepšímu oddlení ástic organického pvodu. Doba zdržení vody bývá pro maximální prtok 5 až 6 minut a podélná složka rychlosti proudní vody je 0,1 m.s -1. U tchto lapa se vhodným zabudováním norné stny vytváí podmínky pro zachycení plovoucích látek z hladiny. Tžení písku - 21 (108) -
Modul 3 ištní odpadních vod a zpracování kal se provádí vtšinou pomocí mamutových erpadel a z hydro-smsi se separuje písek v kontejnerech nebo jímkách. Lapae písku musí být konstruovány tak, aby nedocházelo k vyplavování písku pi maximálních prtocích. Naopak pi malých prtocích mže docházet k nežádoucímu usazování ástic organického pvodu s menší hustotou. Proto se nkdy budují praky písku, jimiž jsou tyto organické látky z písku vyplavovány. Množství písku, jehož zdrojem je v pevážné míe posyp vozovek, je v prbhu roku znan promnlivé. Písek zachycený v lapaích písku se ukládá na skládkách. Plovoucí látky jsou vesms organické látky s vysokým podílem látek tukových. Pro jejich zneškodnní je nejvhodnjší spalování. Tab.3.1: Orientaní produkce zachycených materiál podle SN 75 6401 shrabky z eslí kg.obyvatel -1.rok -1 4-6 písek litr/obyvatel -1.rok -1 5,5-7,3 tuky kg.obyvatel -1.rok -1 3-8 3.3 Mechanické ištní O mechanickém ištní odpadních vod je pojednáno v kapitole 4, pojaté obecnji jako gravitaní separace suspenzí. Jsou do ní zaazeny i dosazovací nádrže, což jsou usazovací nádrže, sloužící k oddlení biologicky vyištné odpadní vody od biologického kalu, a jsou tedy souástí biologického stupn. 3.4 Biologické ištní Pro biologické ištní mstských odpadních vod se využívá innosti mikroorganizm, pedevším bakterií, které tvoí biomasu, na jejíž aktivní povrch jsou adsorbovány jemn suspendované a koloidní látky odpadní vody. Jejich organický podíl je pitom stejn jako rozpuštné organické látky mikroorganizmy rozkládán. Rozkladnými procesy, na nichž se podílejí extracelulární a intracelulární enzymy, získávají bakterie energii, kterou využívají ke stavb své bunné hmoty. V zásad se rozlišují procesy aerobní, probíhající v pítomnosti molekulárního kyslíku a procesy anaerobní, probíhající v jeho nepítomnosti (viz Modul 1, kap.2.4). Základním procesem, který se uplatuje pi biologickém ištní odpadní vod, jsou procesy aerobní. Za uritých podmínek se uplatují i procesy anoxické a anaerobní. V aerobních podmínkách je rozkládána organická hmota odpadní vody a dochází k oxidaci amoniaku na dusinany. Úinné odstranní dusíku vyžaduje zaazení anoxického reaktoru, pípadn anoxické zóny c aerobním reaktoru. Zvýšené odstranní fosforu biologickým zpsobem vyžaduje zaazení anaerobního reaktoru. Pi ištní odpadních vod s vysokou koncentrací organického zneištní, což pichází v úvahu u nkterých typ prmyslových odpadních vod, je úelné za- - 22 (108) -
Principy ištní mstských odpadních vod adit jako první stupe anaerobní biologickou jednotku a odtok z ní doistit aerobním zpsobem (pokud není vypuštn do veejné kanalizace. Z hlediska odstranní organických látek z odpadní vody se rozlišují biologické systémy nízko-, stedn a vysoko- zatížené. V nízko-zatížených systémech se vytváejí podmínky pro ástenou nebo úplnou stabilizaci biologického kalu, zatímco ve stedn zatížených systémech nebývá istící úinnost z hlediska odstranní organického zneištní podstatn vyšší, ale biologický kal není stabilizován. Souasn se v nízko-zatížených systémech vytváejí podmínky pro biochemickou oxidaci amoniaku (nitrifikaci), pi emž však podmínky pro stabilizaci kalu a pro úplnou nitrifikaci nemusí být identické. Vysoko-zatížené systémy se navrhují pouze jako prvý biologický stupe, nebo jsou za tchto podmínek provozovány petížené OV. 3.5 Zpracování kalu Produktem ištní odpadní vody je kal. Z usazovacích nádrží je separován tak zvaný primární kal. V biologickém stupni je produkována biomasa, jejíž pebytek je odvádn jako pebytený biologický kal. Pebytený biologický kal bývá erpán ped usazovací nádrže, v nichž se usazuje spolu s usaditelnými ásticemi surové odpadní vody jako tak zvaný surový kal. V souasné dob se dává pednost samostatné separaci a pípadnému zahuštní primárního a biologického kalu, a to i tehdy když jsou následn zpracovány ve smsi. O dalším zpracování kalu je pojednáno v kapitole 8. 3.6 Autotest 1. Které látky se na mstské OV neodstraují? a) organické látky b) suspendované látky c) nutrienty d) rozpuštné soli krom tch, které obsahují N a P 2. Jak lze rozdlit istírny mstských odpadních vod? a) mechanické a biologické b) mechanicko-biologické a biologické c) mechanické, mechanicko-biologické a biologické d) budují se pouze mechanicko-biologické OV 3.7 Shrnutí ištní mstských odpadních vod zahrnuje odstranní, píp. snížení koncentrace hrubých neistot, suspendovaných ástic, koloidních látek a rozpuštných biologicky rozložitelných látek, nutrient a patogenních organizm. istírny mstských odpadních vod se budují jako mechanicko-biologické nebo - 23 (108) -
Modul 3 ištní odpadních vod a zpracování kal biologické. Nejbžnjší je následující technologické ešení OV: hrubé ped- ištní mechanické ištní biologické ištní zpracování kalu. - 24 (108) -
Separace suspenzí usazováním 4 Separace suspenzí usazováním Pod pojmem mechanické istní mstské odpadní vody se rozumí separace v ní obsažených suspendovaných látek sedimentací. Sedimentaní proces, pi nmž se využívá tíhového zrychlení psobícího na suspendované ástice se však používá rovnž pro oddlení suspenzí pi úprav vody na pitnou a také pi ištní prmyslových odpadních vod. 4.1 Charakteristika suspenzí Pi sedimentaci suspenzí se v technologii vody rozlišují: zrnité suspenze, u nichž jednotlivé ástice nemní bhem sedimentace svoji velikost a tvar. K nim patí pískové suspenze, vápenatohoenaté suspenze po chemickém odkyselování a zmkování vody, primární kal mstské odpadní vody aj. vlokovité suspenze, které bhem usazování podléhají ortokinetické koagulaci, pi emž ástice mní svoji velikost a tvar. Hranice mezi tuhou fází suspenze a vodou není oste ohraniena. K tmto suspenzím patí napíklad biologický a kal vznikající pi koagulaním procesu úpravy vody. Rychlost usazování ástic je urena jejich velikostí, tvarem a hustotou a také hustotou a viskozitou kapaliny (vody). Pi usazování se rozlišuje: prostá sedimentace, pi níž si ástice zachovávají svj individuální charakter a vzájemn se pi tomto procesu neovlivují, rušená sedimentace, pi které si ástice zachovávají svj individuální charakter, ale rychlost jejich pohybu je vzájemn ovlivována. K tomuto jevu dochází pi koncentraci suspenze nad 0,5 %. zahuš ování suspenze. Zvyšuje-li se nadále koncentrace suspenze, vytváí se pi její sedimentaci rozhraní mezi kapalnou fází a vrstvou zahuštné suspenze (kalem). ástice ztrácejí individuální charakter a vytváení v podstat pórovitou vrstvu, která svým pohybem ve smru tíhového zrychlení vyluuje kapalnou fázi a tím se zahušuje. U biologických kal (aktivovaného) dochází k tomuto jevu pi koncentracích 0,5 až 5 kg.m -3, u kal anorganických pi koncentracích podstatn vyšších (nad 50 kg.m -3 ). 4.2 Usazovací nádrže Pro zachycení usaditelných látek slouží ve vodárenství i pi ištní odpadních vod usazovací nádrže. Dle smru prtoku a tvaru se rozlišují usazovací nádrže: pravoúhlé s horizontálním prtokem, kruhové s horizontálním prtokem, - 25 (108) -
Modul 3 ištní odpadních vod a zpracování kal s vertikálním prtokem (bývají pravoúhlé nebo kruhové). U kruhové horizontální nádrže je suspenze pivádna do uklidovacího válce v jejím stedu (zpravidla dutým sloupem, který nese konstrukci stracího zaízení) odkud postupuje k obvodu, kde je umístn pepadový žlab pro odvádní vody zbavené usaditelných látek. Kal je na dn shrnován stracím zaízením do stedu nádrže, odkud je odvádn potrubím. Pravoúhlé nádrže s horizontálním prtokem jsou obdélníkového tvaru. Voda jimi protéká po délce, pi emž vtokový a odtokový objekt jsou zpravidla na opaných koncích podélné nádrže. Kal je stírán do jímky umístné u vtokového objektu a odtud odvádn potrubím. U vertikálních nádrží je suspenze pivádna stedovou troubou ke spodnímu horizontu usazovacího prostoru, odkud postupuje smrem vzhru do sbrných žlab. Kal se shromaž uje v konickém kalovém prostoru pod prostorem usazovacím a je odvádn ze dna nádrže potrubím, psobením hydrostatického petlaku. Tyto nádrže nebývají vybaveny stracím zaízením, sklon stn však musí být cca 2 : 1, aby kal po nich klouzal ke dnu. Nádrže s vertikálním prtokem se navrhují vtšinou pro malé OV jako nádrže dosazovací. Usazovací nádrže je teba ešit tak, aby v nich nedocházelo k vytváení zkratových proud. Proudní v usazovacím prostoru má být laminární. Kalový prostor musí být dostaten velký pro zahuštní a akumulaci kalu. Hlavními technologickými parametry usazovacích nádrží je doba zdržení a povrchové hydraulické zatížení. Vypoítají se z rovnic: v = Q/A [4.1] t v = V/Q [4.2] kde v je povrchové hydraulické zatížení (m 3 /m 2.h), Q je prtokové množství vody nádrží (m 3.h -1 ), V je objem nádrže (m 3 ) a A její plocha hladiny (m 2 ), t v je teoretická (výpotová) doba zdržení (h). Skutená doba zdržení t s se vypote dle vzorce: t s = t v.η [4.3] kde η je hydraulická úinnost nádrže. Její hodnota je pro nádrže s horizontálním prtokem 0,4 až 0,6, pro nádrže s vertikálním prtokem 0,7 až 0,8 a pro nádrže štrbinové 0,3 až 0,4. Proces usazování je využíván pi mechanickém ištní odpadních vod. Mstské odpadní vody obsahují obvykle 100 až 300 mg.l -1 nerozpuštných látek, z nichž je 73 % usaditelných. Množství látek odstranných sedimentací závisí na hydraulickém zatížení nádrže. U mstských odpadních vod se poítá s následujícími isticími úinnostmi v závislosti na stední dob zdržení (pro výpotový prtok odpadních vod): Tab.4.1: isticí úinnost sedimentaních nádrží na mstských OV Stední doba zdržení 0,5-1,0 h 1,0-1,5 h > 1,5 h NL 45,5 % 50,9 % 58,2 % BSK 5 16,7 % 25,0 % 33,3 % - 26 (108) -
Separace suspenzí usazováním Úniku plovoucích látek brání norná stna, instalovaná ped pelivnou hranou a ponoená cca 10 až 20 cm pod hladinu.primární usazovací nádrže bývají proto vybaveny vedle stracího zaízení dna pro odstranní kalu i stíráním hladiny. Látky ze stírané hladiny jsou zpracovány spolu s usazeným kalem. Návrhové parametry usazovacích nádrží pro mechanické ištním mstských odpadních vod dle SN 75 6401 jsou uvedeny v Tab.4.2. Tab.4.2: Návrhové parametry usazovacích nádrží stední doba zdržení, h plošné zatížení, m 3 /m 2. h usazovací nádrž pro Q- výp pro Q-max pro Q-výp pro Q-max ped aktivací 1,0-3,0 0,5 1,0-2,8 5,0 ped biol. kolonou 2,0-4,0 1,0 0,7-1,4 2,5 Výpotovým prtokem (Q-výp) se rozumí denní prtokové množství pi respektování koeficientu denní nerovnomrnosti. Zvláštním typem usazovacích nádrží jsou štrbinové usazovací nádrže (Emšerské studny). Jsou to nádrže, sestávající ze dvou prostor oddlených mezidnem. V horním, usazovacím prostoru, dochází pi prtoku odpadní vody k jejímu mechanickému ištní sedimentací. Mezidno tvoí šikmé stny, mezi nimiž je štrbina, kterou propadá usazený kal do spodního, vyhnívacího prostoru, kde dochází pi dostatené dob zdržení k anaerobní stabilizaci kalu. Štrbina je ešena tak, aby bioplyn, uvolovaný pi vyhnívání kalu, neprostupoval do sedimentaního prostoru a nerušil sedimentaci. Vyhnívací prostor je ásten oteplován protékající odpadní vodou, což je pro stabilizaní proces kalu píznivé. Štrbinové nádrže byly asto navrhovány v kombinaci s aerobními biologickými kolonami, zaazenými za nimi jako biologický stupe. 4.3 Dosazovací nádrže Usazovací nádrže sloužící k oddlení biologického kalu sedimentací (viz biologické ištní) se nazývají nádrže dosazovací. Jsou zpravidla nedílnou souástí biologických istíren s aktivací nebo s aerobními biologickými kolonami. Ponvadž biologický kal má vlokovitý charakter, je více zvýraznn oproti zrnitému kalu význam parametru doby zdržení. Návrhové parametry dosazovacích nádrží jsou dle SN 75 6401 stanoveny pro maximální prtoky následovn: - 27 (108) -
Modul 3 ištní odpadních vod a zpracování kal Tab.4.3: Návrhové parametry dosazovacích nádrží stední doba zdržení, h plošné zatížení, m 3 /m 2.h prtok horizontální vertikální horizontální vertikální za aktivací 1,8 1,6 1,6 2,0 za biol. kolonami 1,6 1,2 2,0 2,5 Je-li recirkulát zkrápné kolony pivádn pes usazovací nádrž, vyrovnává se pítok na kolonu na stálou hodnotu. Pi výpotu hydraulického zatížení dosazovacích nádrží za aktivací se nepoítá s vratným aktivovaným kalem, který je prbžn odvádn ze dna dosazovací nádrže. Kal ze dna dosazovacích nádrží s horizontálním prtokem je bu mechanicky stírán (jako u primárních usazovacích nádrží) nebo odsáván. Dosazovací nádrže za aktivací je teba posuzovat i z hlediska zahušovací úinnosti, která je urena vedle kvality kalu zatížením plochy hladiny dosazovací nádrže nerozpuštnými látkami, které by nemlo pekroit pi maximálním prtoku hodnotu 6,0 kg.m -2.h -1. Dosazovací nádrže obvykle nebývaly vybaveny stíráním hladiny. V poslední dob se však mnohdy takové zaízení doporuuje, stejn jako zabudování norné stny ped pelivnou hranou žlab, odvádjící vyištnou odpadní vodu. Tímto opatením se sníží únik vloek biologického kalu do odtoku, které v nepíznivých podmínkách mže vytváet na hladin masivní povlaky. Hloubka vody v dosazovací nádrži s horizontálním prtokem má být nejmén 3 m pod pelivnou hranou odtoku. O O P Obr.4.1: Kruhová usazovací nádrž s horizontálním prtokem P O Obr.4.2: pravoúhlá usazovací nádrž s horizontálním prtokem - 28 (108) -