Biologická úprava odpadní vody - aundry

Biologická úprava odpadní vody - aundry

Leonardo da Vinci Project
Udržitelný rozvoj v průmyslových prádelnách
Modul 1
Voda v prádelnách
Kapitola 5b
Úprava odpadní vody
Biologická úprava odpadní vody
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 5b „Úprava odpadní vody”
1
Obsah
Úvod
Prádelna – odpadní vody
Mikroorganizmy
Strojírenská technika v instalacích týkajících se odpadních vod
Příklady čističek odpadních vod (WWTP) v prádelnách
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 5b „Úprava odpadní vody”
2
Učební cíle
Po zvládnutí této kapitoly budete:
Znát složení odpadní vody z prádelny
Znát kdy a proč by se měla odpadní voda upravovat
Znát a umět vysvětlit biologickou úpravu odpadní vody
Znát roli mikroorganismů v procesu biologické úpravy odpadní vody
Znát a umět vysvětlit 4 různé postupy
Schopni určit rozdíly mezi jednotlivými postupy
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 5b „Úprava odpadní vody”
3
Úvod
Proč se v prádelnách provádí úprava odpadních vod ?
Snižuje se znečištění životního prostředí
Zmenšuje se spotřeba přírodních zdrojů
Zabraňuje se narušení přírodních oběhů
Vyhovuje se licenčním požadavkům a příkazům
Snižují se náklady $
Modul 1 „Voda v prádelnách”
§
£
€
Kapitola 5b „Úprava odpadní vody”
4
Odpadní vody z prádelen/Obsah
Odpadní vody z prádelen obsahují substance hlavně ze tří zdrojů:
Substance z neupravené vody (voda z potrubí, studniční voda
apod.)
=> soli
Detergenty
=> tenzidy, fosfáty, silikáty atp.
Špína z oblečení
=> částice, mastnota, olej, barvy apod.
Důležité omezující parametry pro vypouštění?
=> např. P, absorbovatelné organické sloučeniny obsahující
halogeny (AOX), těžké kovy
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 5b „Úprava odpadní vody”
5
Odpadní vody z prádelen
Koncentrace (3 příklady odpadních vod z prádelen):
Teplota [°C]
pH
Vodivost [mS/cm]
35
9,3
1,7
41
9,9
3,0
36
9,6
2,4
COD [mg/l]
BOD5 [mg/l]
N,celk. [mg/l]
P, celk. [mg/l]
1 000
n.n.
25
11
900
350
22
55
1 450
670
35
7
T
pH
COD
BOD5
P,celk.
Teplota (výměník tepla? Tepelná nebo chemicko-tepelná desinfekce?)
=> Alkalita !
„Chemická spotřeba kyslíku“ (Chemical Oxygen Demand) => parametr pro organické
znečištění
„Biochemická spotřeba kyslíku“ (Biochemical Oxygen Demand) po 5 dnech
=> parametr pro biodegradovatelné znečištění
Celkový fosfor (bezfosfátové detergenty ?)
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 5b „Úprava odpadní vody”
6
Odpadní vody z prádelen
Obsahy jiných látek:
AOX (=> použití chloru při hlavním praní ?)
Těžké kovy (=> textilie z odvětví zpracování kovů, oblečení
z kuchyní)
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 5b „Úprava odpadní vody”
7
Mikroorganizmy
Co je biologická úprava odpadních vod?
Úprava odpadních vod pomocí
Bakterií
Jiných mikroorganizmů
(houby, pouze u speciálních procesů)
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Ukázka typického složení bakterií
v komunální čističce odpadních vod
Kapitola 5b „Úprava odpadní vody”
8
Mikroorganizmy
Co je biologická úprava odpadních vod?
Úprava odpadních vod pomocí
Velikost Bakterií: „Mikroorganizmů“ => mikrometr !
srovnání velikostí bakteríi – lidských postav - země:
10-7 m
1m
Modul 1 „Voda v prádelnách”
10+7 m
Kapitola 5b „Úprava odpadní vody”
9
Mikroorganizmy
Co mohou mikroorganizmy dělat?
Mikroorganizmy „se neživí“ znečištěním
Mikroorganizmy provádějí úpravu odpadních vod přeměnou pomocí
enzymů
S (Substrát, při úpravě odpadních vod jde o znečištění)
=> P (Produkt, CO2, N2, apod.)
+ Energie (která je použita k růstu
=> přebytek biomasy !)
Modul 1 „Voda v prádelnách”
S → P + ∆E
Kapitola 5b „Úprava odpadní vody”
10
Mikroorganizmy
Co mohou mikroorganizmy dělat?
Vhodné podmínky:
- Mikroorganismy pracují zdarma
- Často je to jediná cesta k cenově
výhodné úpravě odpadních vod
Modul 1 „Voda v prádelnách”
S → P + ∆E
Kapitola 5b „Úprava odpadní vody”
11
Mikroorganizmy/přeměny
Aerobní degradace organických znečišťujících látek („COD, BOD5“)
Organická znečišťující látka + O2 => CO2 + H2O
Ve skutečnosti:
Organická znečišťující látka + O2 => CO2 + H2O + ∆E + Bakterie + zbytková
znečišťující
látka
Nadbytečné bakterie
= až 50 % organických znečišťujících látek při čištění odp. vod !
Zbytkové znečištění
= obvykle 10-20 % organických znečišťujících látek při čištění odpadních vod
= 5-50 % při průmyslovém čištění odpadních vod (biodegradovatelnost !)
= mohlo by být méně než 5 % v čističkách u prádelen (dobrá
biodegradovatelnost)
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 5b „Úprava odpadní vody”
12
Mikroorganizmy/přeměny
Degradace dusíku
3 kroky:
org.N =>
NH4
NH4 + O2 => NO3 + H2O
NO3
Modul 1 „Voda v prádelnách”
=>
N2
Kapitola 5b „Úprava odpadní vody”
13
Mikroorganizmy/přeměny
Degradace dusíku
3 kroky:
org.N =>
org.C
NH4
NH4 + O2 =>
O2
org.C +
NO3 + H2O
NO3
=>
N2 + CO2 + H2O
- 3 kroky
- Zcela odlišné podmínky (org.C, O2) !
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 5b „Úprava odpadní vody”
14
Mikroorganizmy/přeměny
Degradace fosforu
… vysrážení (není biologické, viz níže)
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 5b „Úprava odpadní vody”
15
Mikroorganizmy/přeměny
Degradace fosforu (biologickou cestou)
anaerob
Poly-P
anoxisch
PO4
aerob
PO4
PO4
PHB
Poly Hydroxy
Butanoic acid
kurzkettige
Fettsäuren
NO3
N2
O2
CO2
- Pohlcování přebytku fosforu bakteriemi, odstraňování s
nadbytečným kalem (Odstraňování fosforu z odpadních vod je
omezeno, odlišné podmínky, není snadné jej zvládnout.)
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 5b „Úprava odpadní vody”
16
Mikroorganizmy/přeměny
Anaerobní degradace organických látek znečišťujících
prostředí
Organické znečišťující látky
=> CH4 + CO2
- Žádné provzdušňování
- Produkty s vysokou energií (spalování => energie, elektřina)
- Podstatně méně zbytkového kalu
- Vysoké koncentrace substrátu (COD > 10.000 mg/l)
- Používá se při stabilizaci anaerobních kalů
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 5b „Úprava odpadní vody”
17
Mikroorganizmy/přeměny
Anaerobní degradace organických znečišťujících látek
Organické znečišťující látky => CH4 + CO2
Ve skutečnosti:
Organické znečišťující látky
⇒ (Hydrolýza)=> fragmenty, zředěné znečišťující látky
⇒ (Tvorba kyselin)=> H2 + CO2 + organ. kyseliny + alkohol
⇒ (Tvorba kyseliny octové) => H2 + CO2 + kyselina octová
⇒ (Tvorba methanu)> CH4 + CO2
- 4 kroky
- 4 různé druhy mikroorganizmů
- Důležité jsou stabilní podmínky (teplota, koncentrace produktů)
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 5b „Úprava odpadní vody”
18
Mikroorganizmy/přeměny
Degradace odolných znečišťujících látek (olej, mastnota)
1. nerozpustná znečišťující látka + bio-tenzid
=> velmi malé kapky
=> pohlcení buňkou
2. přeměna:
=> CH3-CH2-CH2-CH2-CH2OH
CH3-CH2-CH2-CH2-CH3
=> CH3-CH2-CH2-CH2-COOH
=> CH3-CH2-CH3 + CH3-COOH
Princip:
špatně biodegradovatelná dobře biodegradovatelná
- tvorbou --COOH
- oddělením C2-fragmentů (kyselina octová, => cyklus kyseliny citronové)
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 5b „Úprava odpadní vody”
19
Instalace techniky
Konstrukce čističek odpadních vod:
Zředěná odpadní voda
Pevné lože
Vytvořená mokřadla
Kombinace
Velmi jednoduchý proces
Snadná údržba
Pro málo nebo středně znečištěné
odpadní vody
Mikroorganizmy by se mohly vymýt
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 5b „Úprava odpadní vody”
20
Instalace techniky
Konstrukce čističek odpadních vod:
Zředěná odpadní voda
Pevné lože
Vytvořená mokřadla
„proces aktivovaných kalů“
Kombinace
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Recirkulace mikroorganizmů
=>(vyšší koncentrace mikroorganizmů vedoucí
k vyšším rychlostem odstraňování)
Kapitola 5b „Úprava odpadní vody”
21
Instalace techniky
Konstrukce čističek odpadních vod:
Zředěná odpadní voda
Pevné lože
Vytvořená mokřadla
Kombinace
Fixované mikroorganizmy
Nedochází v vymývání
Vyšší rychlosti průtoku
Biofilm je méně citlivý
Méně nadbytečného kalu
Také se vyžaduje separace
mikroorganizmů
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 5b „Úprava odpadní vody”
22
Instalace techniky
Konstrukce čističek odpadních vod:
Zředěná odpadní voda
Pevné lože - reaktor s rotujícím diskem
Vytvořená mokřadla
Kombinace
Mikroorganizmy rotují
Střídavý kontakt vzduch / odpadní
voda
Nevyžaduje se provzdušňování
Menší spotřeba energie
„trubkový reaktor“ (nedochází ke
zředění toxické zátěže)
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 5b „Úprava odpadní vody”
23
Instalace techniky
Konstrukce čističek odpadních vod:
Zředěná odpadní voda
Pevné lože - prosakovací filtr
Vytvořená mokřadla
Kombinace
Mikroorganizmy na materiálu náplně
(např. láva)
Odpadní voda „prosakuje“
Nevyžaduje se provzdušňování
Nízká spotřeba energie
Druhý krok v degradaci dusíku
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 5b „Úprava odpadní vody”
24
Instalace techniky
Konstrukce čističek odpadních vod:
Zředěná odpadní voda
Pevné lože
Vytvořená mokřadla
Kombinace
Čištění pomocí mikroorganizmů v oblasti
kořenů
Čištění je možné i v zimě (cca. 80 %)
O2 je dodáván rostlinami (např.rákosem)
Krásný opticky vzhled („ekologický“)
Vyžaduje se velký prostor
Je možná akumulace toxických látek (v půdě)
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 5b „Úprava odpadní vody”
25
Instalace techniky
Konstrukce čističek odpadních vod:
Zředěná odpadní voda
Pevné lože
Vytvořená mokřadla
Kombinace
biologické - chemické
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Ultrafialové záření, H2O2, ozon
- Oxidace odolných látek
- Detoxikace
- Zvýšení biodegradovatelnosti
- Vysoká spotřeba energie
- Musí se přidávat chemikálie
Kapitola 5b „Úprava odpadní vody”
26
Instalace techniky
Konstrukce čističek odpadních vod:
Zředěná odpadní voda
Pevné lože
Vytvořená mokřadla
Kombinace
biologické - chemické
Srážení
Vločkování
Flotace
- Odstraňování nebiodegradovatelných
komponent
- Doplňková separace pevných látek od
kapaliny
- Je třeba dodávat chemikálie
- …odstraňování odpadu !
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 5b „Úprava odpadní vody”
27
Instalace techniky
Konstrukce čističek odpadních vod:
Zředěná odpadní voda
Pevné lože
Srážení
Např. odstraňování fosforu v čištění odpadních vod (soli
Fe-III, soli Al)
Vytvořená mokřadla
Princip:
Tvorba málo rozpustných komponent & sedimentace nebo
separace
Kombinace
biologické - chemické
Příklady:
Odstraňování fosforu: PO43- + Fe3+
Odstraňování kovů:
Modul 1 „Voda v prádelnách”
=> FePO3
Fe3+ + 3 OH- => Fe(OH)3
Cu2+ + 2 OH- => Cu(OH)2
(zvýšení pH)
Kapitola 5b „Úprava odpadní vody”
28
Instalace techniky
Konstrukce čističek odpadních vod:
Zředěná odpadní voda
Vločkování
Dodatečné oddělování mikroorganizmů z čištěné vody
Pevné lože
Problém:
- Rychlost usazování malých vloček mikroorganizmů nebo
jednotlivých mikroorganizmů je pro technickou aplikaci příliš
nízká
Vytvořená mokřadla
- Rychlost usazování = f (průměru částic)2
Kombinace
biologické - chemické
Princip:
- Malé vločky nebo jednotlivé mikroorganismy se shlukují
pomocí flokulačních činidel (organické, syntetické,
vysokomolekulární a vodorozpustné polyelektrolyty, soli
Fe(III), …)
- Zvýšení velikosti vloček => zvýšení rychlosti usazování
- Lepší odvodňování kalu
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 5b „Úprava odpadní vody”
29
Instalace techniky
Konstrukce čističek odpadních vod:
Zředěná odpadní voda
Pevné lože
Vytvořená mokřadla
Kombinace
Biologie & Filtry
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Např. pískový filtr
- Pro doplňkové oddělování kalu
- Lepší kvalita odtékající vody
- Separace jednotlivých mikroorganismů
- Adsorpce
Kapitola 5b „Úprava odpadní vody”
30
Instalace techniky
Konstrukce čističek odpadních vod:
Zředěná odpadní voda
Pevné lože
Vytvořená mokřadla
Kombinace
Recyklace odpadních vod
=> Vytékající voda bez bakterií
=> Eliminace zbytkového znečištění
=> Eliminace těžkých kovů
=> Eliminace solí
Biologie & Membrány
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 5b „Úprava odpadní vody”
31
Instalace techniky
Konstrukce čističek odpadních vod:
Zředěná odpadní voda
Pevné lože
Vytvořená mokřadla
Kombinace
Biologie & Membrány
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Alternativa pro sedimentační nádrž
- Vnější uspořádání
=> Odtékající voda bez bakterií
=> Eliminace zbytkového znečištění
=> Vyžaduje méně místa
=> Je modulární
=> Recyklování procesní vody
Kapitola 5b „Úprava odpadní vody”
32
Instalace techniky
Konstrukce čističek odpadních vod:
Zředěná odpadní voda
Pevné lože
Vytvořená mokřadla
Alternativa pro sedimentační nádrž
- Vnitřní uspořádání
Kombinace
=> Odtékající voda bez bakterií
=> Eliminace zbytkového znečištění
=> Vyžaduje méně místa
=> Je modulární
=> Recyklování procesní vody
=> Mikroorganismy zůstávají v reaktoru
(specializované mikroorganismy)
Biologie & Membrány
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 5b „Úprava odpadní vody”
33
Instalace techniky
Konstrukce čističek odpadních vod:
Zředěná odpadní voda
Pevné lože
Vytvořená mokřadla
Kombinace membrán
Kombinace
Biologie & Membrány
Modul 1 „Voda v prádelnách”
⇒
⇒
Recyklování procesní vody
Dodatečná eliminace solí a jiných
znečisťujících látek
Kapitola 5b „Úprava odpadní vody”
34
Instalace techniky
Čističky odpadních vod v prádelnách
Všechny roztoky jsou použitelné v závislosti na problému & situaci
Žádný kontinuální přívod odpadní vody
- Vyžaduje skladovací nádrž
Samočinné monitorování, údržba & opravy
- Požadavek na personál
- Personál se „zaujetím pro provozovnu“
Kalkulace vlastní nákladů
- Ekonomie provozních nákladů není „světoborná“
- Investiční náklady relativně vysoké (=> dlouhá doba návratnosti)
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 5b „Úprava odpadní vody”
35
Instalace
Čistička odpadních vod – Příklad 1:
O II I
III
Úprava odpadních vod jejich likvidací, bez recyklování
-
700-800 m3/d
3000 EW
Eliminace COD > 93 %
Vypouštění do řeky
Snížení provozních nákladů 50 %
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 5b „Úprava odpadní vody”
36
Instalace
Čistička odpadních vod – Příklad 2:
O II I
III
Úprava s recyklací
-
150 m3/d
2000 EW
Eliminace COD > 96 %
Vypouštění do obecního kanalizačního systému
Snížení provozních nákladů 50 % & recyklování
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 5b „Úprava odpadní vody”
37