4.5 Technologie čistění odpadních vod na konci potrubí

Kapitola 4

4.5

Technologie čistění odpadních vod na konci potrubí

Čistění odpadních vod je zpracování „na konci potrubí“, které je potřebné, protože různé zdroje produkují odpadní vody. Patří k nim voda z čistění vozidel, zařízení, z úklidů provozů a z praní surovin. Odpadní voda vzniká například při odpařování a sušení potravin. ČOV potřebují energii a produkují zbytky, které musí být obvykle likvidovány. Čistění odpadní vody se uplatňuje poté, co operace „integrované do procesu“ snížily na minimum spotřebu a znečistění vody. Kapitola 2 se zabývá zpracovacími jednotkovými operacemi, používanými v průmyslu potravin, nápojů a mléka, ale neobsahuje jednotkové operace, používané v technologiích zpracování na konci potrubí. V následujících oddílech se uvádějí obecné problémy týkající se odpadních vod z FDM a jejich čistění. Nejvíce používané metody čistění jsou pak probrány jednotlivě a potom následují informace o čistění odpadních vod v některých odvětvích FDM . Technologie široce použitelné v sektoru FDM zajišťují ekologické přínosy, jako je minimalizace odpadu a lze jimi dosáhnout některé nebo všechny z následujících výhod pokud jde o nějaký konkrétní proud odpadní vody: • • • •

snížení objemu snížení koncentrace vyloučení nebo snížení koncentrace určité látky zlepšení vhodnosti pro recyklaci nebo opakované použití.

Kapitola 2 se zabývá zpracovacími jednotkovými operacemi, používanými v průmyslu potravin, nápojů a mléka, ale neobsahuje jednotkové operace, používané v technologiích zpracování na konci potrubí. Tento oddíl se tudíž zabývá technologiemi odstraňování znečisťujících látek, které se používají k čistění odpadních vod v sektoru FDM . Tyto technologie obsahují takové, které mohou, ale nemusí být považovány za BAT. Odstavce 4.5.2 až 4.5.6.1.5 včetně popisují technologie obecně používané ve většině odvětví, odstavce 4.5.7 až 4.5.7.9 včetně popisují jejich aplikace v některých jednotlivých odvětvích. Existuje mnoho faktorů, které obvykle ovlivňují čistění odpadních vod. Hlavními z nich jsou: • • • •

objem a složení vypouštěného tekutého odpadu místní situace pokud jde o příjemce vypouštěné vody, např. komunální čistírna odpadních vod (KČOV), řeka, zátoka s ústím řeky, jezero, moře a o všechny použitelné limity ekonomika odstranění znečisťujících látek, včetně např. nebezpečných látek definovaných směrnicí Rady 76/464/EHS [206, EC, 1976] a prioritních nebezpečných látek definovaných směrnicí 2000/60/ES [207, EC, 2000].

4.5.1 Vypouštění odpadní vody ze závodu Pokud se zvolí varianta vypouštění, zvažují se četné faktory, včetně následujících, avšak nikoli nutně jen těch: • •

zda je odpadní voda čistá, nebo znečistěná dostupnost vhodného prostoru pro čistění na místě 455

Kapitola 4 • • • • • • • • • •

blízkost a kapacita kanalizační sítě a ČOV blízkost a charakteristika potenciálních přijímajících vod (vodních recipientů) dostupnost jiných čistících nebo likvidačních zařízení mimo závod (lokalitu) náklady na vnitrozávodní čistění v porovnání s náklady na čistění nebo likvidaci mimo závod relativní účinnost např. založená na snížení zátěže vnitro- a vnězávodního a čistění hodnocení ekologických rizik spojených s každou z variant schopnost provozovat a udržovat vnitrozávodní čistírenské zařízení vyjednání povolení s příslušným úřadem anebo provozovatelem ČOV a pravděpodobné podmínky povolení předvídané trendy objemu a složení odpadních vod blízkost místních obyvatel.

Hlavní možnosti pro vypouštění odpadních vod ze závodu jsou: • • • • •

mimo závod, např. do KČOV, bez čistění mimo závod, např. do KČOV, po částečném vyčistění do vodoteče po úplném vyčistění v závodní ČOV opakované použití určitých částí odpadní vody mimo závod, např. jako přívodní proud pro jiný průmysl, nebo pro zavlažování použití na pozemky mimo závod (viz oddíl 4.1.6).

[13, Environment Agency of England and Wales, 2000] Tam, kde je pro výrobnu nezbytně nutné, aby byla blízko zdroje svých surovin, tj. v odlehlém místě, nemusí připadat v úvahu žádná jiná alternativa, než provádět úplné čistění a vypouštění do místní vodoteče. Ve většině případů však stojí za úvahu dvě nebo více variant. Likvidace odpadních vod může být důležitým faktorem při volbě staveniště nové výrobny. Uvádí se, že čistění jednotlivých toků odpadní vody v závodě má tyto výhody: • • •

větší přizpůsobivost při rozšíření provozu nebo při reakcií na měnící se podmínky; zařízení pro čistění u zdroje jsou přizpůsobeny konkrétním podmínkám a proto normálně fungují dobře; obsluhy výrobních jednotek zachovávají odpovědnější přístup k odpadním vodám tam, kde zodpovídají za jakost svých vlastních výtoků odpadní vody.

Uvádí se, že čistění spojené či směsné odpadní vody v závodní nebo externí čistírně má tyto výhody: • • • •

využívání výhod účinků směšování, jako je teplota a pH; nižší investiční náklady v důsledku ekonomiky většího měřítka; efektivnější využití chemikálií a zařízení a tedy snížení relativních provozních nákladů; ředění některých škodlivin, které se obtížně odstraňují na lokální úrovni, např. emulgovaných tuků, síranů.

Tam, kde se odpadní voda zpracovává mimo závod, shora uvedené výhody se uplatní za předpokladu, že: 456

• • •

Kapitola 4 čistění, zajištěné v externí ČO V, je stejné, jako by se dosáhlo při čistění emise v místě, pokud jde o zatížení (nikoli koncentraci) vody ve vodním recipientu každou ze znečisťujících látek; je přijatelně nízká pravděpodobnost, že dojde k obtoku čistírny přetečením vody z přívalů nebo z havárie, případně na vložené čerpací stanici; existuje vhodný monitorovací program pro emise do externí ČO V který bere v úvahu možnost inhibice jakýchkoli biologických procesů, které se odehrávají níže po proudu.

[13, Environment Agency of England and Wales, 2000] M imo to, externí ČOV může těžit z toho, že odpadní voda pochází z FDM, např. proto, že je biologicky odbouratelná. 4.5.1.1

Používané technologie čistění odpadních vod

Popis různých technologií čistění odpadních vod v následujících odstavcích ukazuje, že technologie obvykle po sobě následují, aby se postupně dosahovalo vyšší jakosti odpadní vody. Kvůli povaze používaných surovin a vyráběných produktů jsou odpadní vody z potravinářských závodů v zásadě biologicky odbouratelné. Problém však mohou představovat desinfekční a čistící prostředky, pokud jsou obtížně biologicky odbouratelné. Tabulka 4.44 uvádí popisované technologie čistění odpadních vod, tabulka 4.45 shrnuje jejich typické aplikace v odvětvích FDM .

457

Kapitola 4 Kód T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12 T13 T14 T15 T16 T17 T18 T19 T20 T21 T22 T23 T24 T25 T26 T27 T28 T29 T30 T31 T32 T33 T34 T35 T36 T37 T38 T39 T40 T41 T42

Technologie Primární čistění Mechanické odlučování – česlice a síta Lapač tuků pro odstraňování FOG a lehkých uhlovodíků Vyrovnání průtoku a zatížení Neutralizace Sedimentace DAF Odkláněcí (havarijní) nádrž Odstřeďování Srážení Sekundární čistění Aktivovaný kal Systémy s čistým kyslíkem SBR Aerobní laguny Zkrápěné filtry Biologické věže RBC BAFF-SBAFF Intenzivní a ultraintenzivní aerobní filtry Anaerobní laguny Anaerobní kontaktní procesy Anaerobní filtry UASB (anaerobní kalový mrak s vzestupným tokem) Reaktory IC Hybridní UASB Reaktory s expandovaným / fluidním ložem EGSB MBR Vícestupňový systém Terciární čistění Biologická nitrifikace a denitri fikace Odhánění amoniaku Biologické odstraňování fos foru Odstraňování nebezpečných a prioritně nebezpečných látek Filtrace Membránové technologie Biologické nitrifikační filtry Desinfekce a sterilizace Přirozené čistění Integrované zbudované mokřiny Čistění kaly Aktivovaný kal Systémy s čistým kyslíkem SBR Aerobní laguny Zkrápěné filtry

Odstavec Viz odstavec 4.5.2.1 Viz odstavec 4.5.2.2 Viz odstavec 4.5.2.3 Viz odstavec 4.5.2.4 Viz odstavec 4.5.2.5 Viz odstavec 4.5.2.6 Viz odstavec 4.5.2.7 Viz odstavec 4.5.2.8 Viz odstavec 4.5.2.9 Viz odstavec 4.5.3.1.1 Viz odstavec 4.5.3.1.2 Viz odstavec 4.5.3.1.3 Viz odstavec 4.5.3.1.4 Viz odstavec 4.5.3.1.5 Viz odstavec 4.5.3.1.6 Viz odstavec 4.5.3.1.7 Viz odstavec 4.5.3.1.8 Viz odstavec 4.5.3.1.9 Viz odstavec 4.5.3.2.1 Viz odstavec 4.5.3.2.2 Viz odstavec 4.5.3.2.3 Viz odstavec 4.5.3.2.4 Viz odstavec 4.5.3.2.5 Viz odstavec 4.5.3.2.6 Viz odstavec 4.5.3.2.7 Viz odstavec 4.5.3.2.8 Viz odstavec 4.5.3.3.1 Viz odstavec 4.5.3.3.2 Viz odstavec 4.5.4.1 Viz odstavec 4.5.4.2 Viz odstavec 4.5.4.3 Viz odstavec 4.5.4.4 Viz odstavec 4.5.4.5 Viz odstavec 4.5.4.6 Viz odstavec 4.5.4.7 Viz odstavec 4.5.4.8 Viz odstavec 4.5.5.1 Viz odstavec 4.5.6.1.1 Viz odstavec 4.5.6.1.2 Viz odstavec 4.5.6.1.3 Viz odstavec 4.5.6.1.4 Viz odstavec 4.5.6.1.5

Tabulka 4.44: Některé technologie čistění odpadních vod

458

Kapitola 4 Druh emisí Technologie Rozpustný organický materiál T10, T11, T12, T13, T14, T15, T16, T17, T18, T19, T20, (BSK/ChSK) T21, T22, T23, T24, T25, T26, T27, T32, T37 Celkové suspendované pevné T1, T5, T8, T9, T33, T34, T37 látky (TSS) Kyseliny / zásady T3, T4 Tuky, oleje, mastné látky T1, T2, T5, T61, T81 , T9 (FOG), volné FOG (emulgované) T10, T12, T13, T14, T19, T20, T21, T28 Dusík2 T10, T11, T12, T13, T14, T15, T16, T29, T30, T35, T37 Fosfor T9, T10, T12, T14, T15, T16, T31, T37 Nebezpečné a prioritní T9, T10, T14, T32 nebezpečné látky 1 Zlepšená pomocí chemikálií 2 Zahrnuje odstraňování amoniaku

Tabulka 4.45: Typická použití některých technologií čistění odpadních vod v sektoru FDM [1, CIAA, 2002] Odpadní vody v sektoru FDM mají tyto typické charakteristiky: • • • • • • • • • •

pevné látky (celkové a jemně rozptýlené či suspendované) nízká a vysoká hodnota pH volné jedlé tuky a oleje emulgované materiály, např. jedlé tuky či oleje rozpustné biologicky odbouratelné organické materiály (BSK) těkavé látky, např. amoniak, organické sloučeniny rostlinné živiny, např. fosfor nebo dusík pathogeny, např. ze splaškových vod těžké kovy, rozpustné biologicky neodbouratelné organické látky.

Po vyčistění může být získána voda s jakostí, uvedenou v tabulce 4.46. V některých oborech je možné dosáhnout nižších úrovní ve vypouštěné vodě. Informace o některých oborech lze nalézt v odstavcích 4.5.7 až 4.5.7.9 včetně. M ístní podmínky mohou vyžadovat dosažení nižších úrovní emisí. Parametr Koncentrace (mg/l) BSK5 <25 ChSK <125 TSS <50 pH 6–9 Oleje a tuky <10 Celkový dusík <10 Celkový fos for <5 Koliformní bakteri e 400 MPN/100 ml∗ MPN = nejpravděpodobnější číslo ∗ Masný a mlékárenský průmysl Lze dosáhnout lepších úrovní BSK5 a ChSK. Není vždy možné nebo nákladově efektivní dosáhnout uvedených hladin dusíku a fos foru, kvůli místním podmínkám.

Tabulka 4.46: Typická jakost odpadní vody z potravinářského průmyslu po vyčistění [140, World Bank (IBRD) et al., 1998] 459

Kapitola 4 Odpadní vody produkované v různých odvětvích se mohou značně lišit co do složení a úrovní kontaminace a pro jejich čistění je možné použít řadu různých procesů. Přehled některých metod používaných v různých odvětvích je uveden v tabulce 4.47. Pro čistění silně znečistěných odpadních vod se často používají kombinace procesů.

460

Kapitola 4

Česlice a cezení Sedimentace DAF Lapače tuků Odstřeďování Míchací a vyrovnávací nádrže Srážení Neutralizace

Maso

B rambory

Ovoce a zelenina

Ano

Ano Ano Ano Ano

Ano Ano

Ano Ano Ano

Aerobní čistění Ano Ano Anaerobní čistění Ano Ano Aktivovaný kal Ano Ano Vícestupňový proces Ano Ano s aktivovaným kalem SBR Ano∗ Biologické filtry Ano Ano Aerobní laguny Ano Ano = metoda čistění používaná v daném sektoru s anaerobním čistěním

Rostlinné oleje

Mlékárny

Ano Ano Ano Ano

Ano

Ano Ano Ano Ano

Ano

Ano Ano

Ano Ano

Ano Ano Ano Ano

Ano Ano Ano

Ano Ano Ano Ano

Ano∗ Ano Ano

Ano

Ano

Ano

Škrob

Cukrovinky

Primární čistění Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano Sekundární čistění Ano Ano Ano Ano Ano Ano Ano

Ano ∗ Používá se v Nizozemsku

Ano∗∗∗ Ano∗∗∗ Ano∗∗∗

Cukr

Pivovary

Sladovny

Ano Ano

Ano

Ano

Ano

Ano Ano Ano Ano

Alkoholické a Palírny a nealkoholické lihovar nápoje Ano Ano

Ano Ano

Ano

Ano

Vína a šumivá vína Ano Ano

Ano

Ano

Ano

Ano

Ano

Ano

Ano Ano

Ano

Ano Ano Ano

Ano Ano Ano Ano

Ano Ano Ano Ano

Ano Ano Ano

Ano Ano Ano

Ano Ano Ano Ano Ano Ano ∗∗ Anaerobní šaržové reaktory

Ano Ano

Ano Ano Ano

Ano Ano Ano Ano ∗∗∗ Ve spojení

Tabulka 4.47: Přehled procesů čistění odpadních vod používaných v různých odvětvích [65, Germany, 2002].

461

Kapitola 4

4.5.2

Primární čistění

Primárním čistěním odpadní vody se v tomto dokumentu nazývají postupy, které se někdy popisují jako předčistění, předběžné čistění nebo primární čistění. 4.5.2.1

Česla a síta (T1)

Popis Poté, co se technologiemi, které jsou součástí procesů, odstraní pevné podíly a zabrání se jejich vstupu do odpadních vod, např. lapači umístěnými přímo v odpadech (gulách) uvnitř závod (viz odstavce 4.1.7.6, 4.3.1 a 4.3.1.1), další pevné podíly lze z odpadní vody odstranit pomocí česel a sít. Velká množství neemulgovaný tuků, olejů a mastných složek (maziv atd.) lze odstranit, provádí-li se odstraňování na sítech současně s technickými a provozními opatřeními pro zabránění zanášení. Česlo je zařízení s otvory, obvykle stejné velikosti, určené k zachycení hrubých pevných nečistot z odpadní vody. Zařízení česla či síta se skládá z rovnoběžných tyčí nebo drátů, roštu nebo drátěného síta či děrované desky. Otvory mohou mít jakýkoli tvar, ale zpravidla to jsou kruhové nebo pravoúhlé štěrbiny.. Vzájemná vzdálenost česlic v hrubých a jemných česlích používaných v čistírnách, se pohybuje od 60 do 20 mm. Jestliže se však mají z odpadní vody konzervárny zeleniny oddělovat například kousky zeleniny (hrášek, fazole, rozteč tyčí obecně nepřekračuje 5 mm. Otvory v automatických sítech mají velikost od 5 do 0,5 mm, přičemž nejběžněji se používají rozměry od 1 do 3 mm. Jak se uvádí, menší otvory (1 – 1,5 mm) jsou obvykle méně náchylné k ucpání než větší (2 – 3 mm). Hlavními druhy používaných sít jsou statická (hrubá nebo jemná), vibrační (nátřasná) a otáčivá síta. S tatická síta čistěná kartáči nebo splachováním mohou být vyrobena ze svislých tyčí nebo děrované desky. Tento typ statického síta vyžaduje ruční nebo automatické čistění. Vibrační (nátřasná) síta vyžadují pro účinnost rychlý pohyb. Normálně se používají pro předčistění, související se zpětným získáváním vedlejšího produktu, zejména pevných látek s nízkým obsahem vlhkosti a především tam, kde odpadní voda neobsahuje mastné podíly. Vibrační síta pracují při otáčkách v rozsahu 900 až 1800 1/min a jejich pohyb může být buď kruhový, obdélníkový nebo čtvercový při celkové délce dráhy 0,8 až 12,8 mm. Otáčky pohonu a pohyb se volí pro konkrétní aplikaci. Primární význam pro výběr správného jemného vibračního síta je použití správné tkaniny, tedy látky se správnou kombinací pevnosti drátů a podílu volného průřezu. Výkony vibračních sít jsou založeny na volném průřezu filtračního média. Rotační nebo bu bnová síta nabírají odpadní vodu na jednom konci a na druhém konci se zbavují pevných látek. Kapalina prochází ven sítem do sběrné vany odkud se dopravuje dále. Síto je obvykle čistěno neustálým sprchováním z venkovních trysek, které jsou skloněny směrem k vynášecímu konci. Tento druh síta má dobrou účinnost, jedná-li se o proudy s poměrně vysokým obsahem pevných látek. M ikrosíta mechanicky oddělují pevné částice z odpadní vody pomocí mikroskopicky jemných tkanin. Nejdůležitějším provozním parametrem je tlakový spád, tj. ztráta provozního tlaku, přičemž nejlepší výsledky se uvádějí pro hodnoty 5 až 10 mbar. Dosažené ekologické přínosy Snížené úrovně SS, FOG a BSK/ChSK. Zpětné získávání produktů, např. dřeně v odvětví ovoce a zeleniny. Snížené riziko emisí pachů dále ve směru proudu do ČOV. 462

Kapitola 4 Vzájemné účinky médií M ohou se objevit emise pachů podle druhu a velikosti sítem zadržených pevných látek. Provozní údaje Tabulka 4.48 ukazuje odhadované snížení zatížení znečisťujícími látkami v rybném průmyslu při použití rotačních sít s klínovým drátem. Zd roj zátěže znečistěním odpadní voda z bílých ryb Odpadní voda z tučných ryb

Snížení (%) 10 - 20 30 - 40

Tabulka 4.48: Odhad snížení zatížení znečisťujícími látkami v rybném průmyslu při použití rotačních sít s klínovým drátem Uvádí se, že v rybném průmyslu se odstraňování malých částic pevných látek provádí pomocí filtračního pásu a vibračního síta s velikostí oka 0,1 mm nebo menší. Ucpávání sít je běžný problém. Jestliže k němu dochází pravidelně, je možné uvažovat o zvětšení otvoru síta, nebo zlepšení režimu čistění síta. Pro odstranění problému s ucpáváním lze použít zakřivené síto (česli). To se v podstatě skládá z podávacího zařízení a konkávního povrchu a funguje jako samočistící. Česlice s klínovým profilem jsou uspořádány kolmo na směr toku vody. Poměrně stálý přetok zajišťuje, že se česle sama čistí. Všechny její různé segmenty jsou vzájemně vyměnitelné. Typické šířky 3 mezer jsou 0,02 až 2 mm pro plochy česle 0,1 až 3,0 m (s maximálním prostupem 300 3 m na čtvereční metr za hodinu). Zakřivené česle se často používají v závodech na zpracování ovoce a zeleniny. Lze používat i rotační síta opatřená automatickým čistěním. Když se ucpávání děje kvůli tukovým usazeninám, např. v průmyslu masa, v mlékárnách a rybném průmyslu, může být používáno pravidelné čistění chemikáliemi nebo horkou vodou. Použitelnost Způsob je použitelný ve všech závodech FDM . Ekonomika Použití česlí a sít odstraňuje potřebu, a tedy i náklady, na další čistění vody. Snižuje se množství produkovaného kalu, které by si jinak vyžádalo další výdaje na likvidaci. Důvody pro realizaci Snížené požadavky na čistění odpadních vod. Příklady výroben Používá se v průmyslu masa, ovoce a zeleniny, ryb, nápojů a rostlinných olejů. Literatura [28, Nordic Council of M inisters, 1997, 65, Germany, 2002, 134, AWARENET, 2002] 4.5.2.2 Lapač tuku pro odstraňování FOG a lehkých uhlovodíků (T2) Popis Pokud před aerobním biologickým čistěním nejsou odloučeny tuky a oleje, může to překážet provozu ČOV, protože se nesnadno se odbourávají bakteriemi. Volné látky 1 „FOG“ mohou být zachyceny lapačem tuků. Podobné zařízení se používá k zachycování lehkých uhlovodíků.

1

Fats, oils and grease – tuky, oleje a ostatní mastné látky – pozn. překl. 463

Kapitola 4 Dalším vývojem jednoduchého separátoru (DIN) je separátor s rovnoběžnými deskami. Jeho separační komora obsahuje desky, skloněné pod úhlem 45°. Normy Evropské unie pro lapače olejů, tuků a lehkých uhlovodíků se připravují (prEN 1825 a prEN 858, části 1 a 2). Dosažené ekologické přínosy Odstranění FOG z odpadních vod. Systém obvykle nevyžaduje žádné přídavky chemikálií, takže zpět získané tuky lze znovu použít.. Vzájemné účinky médií Podle druhu lapače tuků, např. bez nepřetržitého odstraňování tuků se mohou vyskytnout emise pachů, zvláště při vyprazdňování lapače. Instalace lapačů tuku v provozních prostorech může vyvolat problémy s nezávadností potravin. Nadměrně horká voda může způsobit, že tuky budou lapačem procházet a mohou roztavit předem nashromážděný tuk, takže je třeba tomu zabránit. Je třeba zvážit materiál přepážek a snadnost čistění zařízení. Správné dimenzování komor je určující pro správné dělení a prevenci vymytí tuků při vysokých nebo jinak abnormálních průtocích. Jestliže přítok silně kolísá, může být potřebné zajistit odchýlení toku do vyrovnávací nádrže. Snadnost vyprazdňování a pravidelné údržby jsou pro prevenci problémů se zápachem nezbytně nutné. Provozní údaje Účinnost dělení závisí na teplotě vody a zvyšuje, je-li teplota vody nízká. Dělící schopnost snižuje také přítomnost emulgátorů. Uvádí se, že lze dosáhnout účinnosti oddělení až 95 % obsahu tuků a olejů. Podle pramenů z výroby rostlinných olejů jsou lapače tuků s rovnoběžnými deskami velmi náchylné k zanášení a ucpání. Použitelnost Způsob je použitelný ve všech závodech FDM , kde odpadní vody obsahují živočišné a rostlinné látky FOG. Ekonomika Podle údajů je investice vyvážena úsporami nákladů na čistění odpadní vody a na údržbu provozu. Důvody pro realizaci Snížené problémy, které tuky působí v potrubích odpadních vod a v ČOV; snížené zatížení, které vyžaduje čistění. Příklady výroben Používá se v průmyslu masa, rostlinných olejů a tuků. Literatura [65, Germany, 2002, 182, Germany, 2003, 185, CIAA-FEDIOL, 2004, 210, Brechtelsbauer P.,]

464

Kapitola 4 4.5.2.3

Vyrovnání průtoku a zatížení (T3)

Popis Vyrovnávací nádrže nebo vyrovnávací sklad se běžně budují jako opatření pro zvládnutí celkové proměnlivosti průtoku a složení odpadních vod, nebo pro zpracování, jímž se korigují parametry odpadní vody, např. hodnota pH, jinak se provádí chemická úprava. Potřeba vyrovnávat vypouštěnou odpadní vodu může být vzata v úvahu, má-li se zajistit, aby průtok a složení odpadní vody vyhověly projektovým parametrům ČOV. Dosažené ekologické přínosy M etoda umožňuje, aby po ní následující čistírenské technologie pracovaly s optimální účinností. Využívá směšování pro vyrovnávání extrémních teplot a hodnot pH. Vzájemné účinky médií Nadměrné zadržování odpadních vod ve vyrovnávací nádrži může vyvolat kyselost a zápach. Provozní údaje Obsah vyrovnávací nádrže je potřebné promíchávat a provzdušňovat, aby se zabránilo tvorbě pěny na hladině v nádrži a pro udržení dostatečného obsahu rozpuštěného kyslíku, aby bylo zajištěno, že se systém nezvrhne na anaerobní nedojde k jeho okyselení a tvorbě zápachu. Je-li to však nutné, instaluje se zařízení pro odstraňování pěny. Doba zdržení ve vyrovnávací nádrži je obvykle 6 – 12 hodin. Použitelnost Způsob je široce použitelný ve všech závodech FDM . Ekonomika Náklady na výstavbu a provoz vyrovnávací nádrže je třeba porovnat s úsporami na nákladech, které jsou spojeny s hladkým chodem následujících procesů čistění. Důvody pro realizaci Dodávat do dalších stupňů čistění v podstatě homogenní odpadní vodu. Příklady výroben Používá se v průmyslu masa, ovoce a zeleniny, ryb, nápojů a rostlinných olejů Literatura [1, CIAA, 2002, 13, Environment Agency of England and Wales, 2000] 4.5.2.4

Neutralizace (T4) a vlastní neutralizace

Popis Cílem neutralizace je vyhýbat se vypouštění silně kyselých nebo silně alkalických odpadních vod. M ůže také chránit následné stupně čistění odpadních vod. Pro neutralizaci odpadních vod, vykazujících nízkou hodnotu pH, se normálně používají: • • •

vápenec, vápencová kaše nebo vápenné mléko (hydratované vápno, Ca(OH)2) hydroxid sodný (louh, NaOH) nebo soda (uhličitan sodný, Na2CO3) iontoměniče (kationické)

465

Kapitola 4 Pro neutralizaci odpadních vod, vykazujících vysokou hodnotu pH, se normálně používají: • • •

sycení oxidem uhličitým (CO2, např. spalinami, plynem z kvasných procesů) kyselina sírová (H2SO4) nebo chlorovodíková (HCl) iontoměniče (anionické).

Výraz „vlastní neutralizace“ se používá v případech, kdy velikost vyrovnávací nádrže ve spojení s vhodnými změnami pH proudů odpadních vod má za výsledek, že není potřebné přidávat žádné chemikálie. M ůže to tak být např. v některých mlékárnách, kde se používají jak kyselé, tak alkalické čistící roztoky a oba tyto druhy se vypouštějí do neutralizační nádrže. Dosažené ekologické přínosy Brání se účinkům silně alkalických a silně kyselých odpadních vod , tj. korozi, snížení účinnosti biologických stupňů čistění nebo samočistících pochodů v jezerech a vodotečích a patrně i možným provozním problémům u jiných uživatelů vody. Vzájemné účinky médií Kvůli přídavkům chemikálií do odpadní vody mohou ve zpracovávané vodě značně vzrůst obsahy rozpustných pevných látek a solí a může být obtížné zlikvidovat vzniklý pevný odpad. Provozní údaje Uvádí se, že pivovarnictví se může provádět neutralizace kyselinami nebo alkáliemi ve výrobních prostorech nebo v ústředních neutralizačních nádržích. Neutralizace provozní odpadní vody vyžaduje nádrž s hydraulickou dobou zdržení asi 20 minut. Výkon míchacího zařízení musí být takový, aby byla celá nádrž dobře promíchávána. Protože se v pivovarech používají jak kyselé, tak alkalické čistící prostředky, lze dosáhnout úspory spotřeby chemikálií pro neutralizaci prodloužením doby zdržení v neutralizační nádrži. Neutralizační nádrže se často používají jako vyrovnávací nádrže (viz odst. 4.5.2.3) s retenční dobou 3 až 6 hodin. M imo to, v provozní odpadní vodě z pivovarů normálně probíhá částečná neutralizace v důsledku biologické přeměny. Bylo pozorováno, že hodnota pH ve vyrovnávacích nádržích může klesat bez přidání kyselin v důsledku hydrolýzy organických materiálů. Tento efekte je obtížné regulovat, ale snižuje požadavky na dávkování kyseliny do alkalických provozních odpadních vod. Pro dosažení biologického okyselení je potřebná doba zdržení 3 až 4 hodiny. Použitelnost Způsob je použitelný v závodech se silně kyselou či silně alkalickou odpadní vodou. Příklady výroben Používá se v průmyslu ovoce a zeleniny, mlékárnách, pivovarech a výrobnách nápojů. Literatura [9, Verband der Deutschen M ilchwirtschaft (German Dairy Association), 1999, 65, Germany, 2002] 4.5.2.5

Sedimentace (T5)

Sedimentace je oddělování suspendovaných pevných částic, těžších než voda, z vody samotíží. Usazené pevné podíly se odstraňují ze dna zařízení ve formě kalů periodicky po odstranění vody. 466

Kapitola 4 Zařízení používaná pro sedimentaci a mohou to být: −

−

pravoúhlé nebo kruhové nádrže vybavené vhodným oškrabovacím zařízením (horní škrabkou pro sbírání oleje a tuku (FOG) a škrabkou u dna pro odstraňování pevných podílů) a mající dostatečný objem, aby zajistily patřičnou dobu zadržení, nutnou pro průběh procesu oddělování; laminární nebo trubicové separátory, v nichž se používají desky pro zvětšení povrchu, na němž dělení probíhá.

Dosažené ekologické přínosy Snížení úrovní SS a FOG. Snížení množství produkovaného odpadu, např. ve škrobárenství; kaly mohou být regenerovatelné jako vedlejší produkt pro případná krmiva pro hospodářská zvířata. Sníží se obsah sedimentovatelných a flotovatelných nebezpečných a významně rizikových látek. Provozní údaje Uvádí se, že rybném průmyslu lze sedimentací odstranit 35 % pevných látek, přítomných v odpadní vodě. Tabulka 4.49 uvádí typické údaje o výkonnosti v pivovarnictví po sedimentaci. Počáteční zatí žení Konečný obsah (m3 /m2 /h) SS 0,5 – 1,0 20 - 30 Přijatelné zatížení bude záviset na sedimentačních charakteristikách kalu

Tabulka 4.49: Typické výkonnostní údaje z pivovarnictví po sedimentaci odpadních vod Výhody a nevýhody sedimentace uvádí tabulka 4.50. Výhody Jednoduchost zařízení, netrpí poruchami

Nevýhody Může zabírat velkou plochu (hranaté nebo kulaté nádrže) Nevhodné pro jemně dispergované materiály Může mít sklon k ucpávání tukem (laminární separátory)

Tabulka 4.50: Výhody a nevýhody sedimentace V cukrovarnictví plavící (žlabová) či dopravní voda obsahuje bláto, kamení a odpadní vegetaci, stejně jako vysokou hladinu ChSK z poškozených bulev řepy. Těžký prach vyžaduje sedimentaci. Popisuje se použití velkých sedimentačních rybníků. Kaly, odebírané z usazovacích rybníků lze dále odvodňovat a tekutiny, získané odvodněním, lze vracet do závodu buď přes rozprašovače nebo jako žlabovou vodu. Použitelnost Způsob je použitelný v závodech s odpadní vodou obsahující SS. Používání technologie může být omezeno požadavky, které má na prostor.

467

Kapitola 4 Ekonomika Poplatky za odpadní vodu obecně způsobují, že je metoda nákladově efektivní ve většině závodů, na které se vztahuje IPPC, které musí provádět určitý druh separace suspendovaných látek (SS). V porovnání s DAF (flotací) má sedimentace vyšší investiční náklady, ale nižší provozní náklady. Příklady výroben Používá se v rybném průmyslu, průmyslu ovoce a zeleniny, škrobárenství, výrobě nealkoholických a alkoholických nápojů, rostlinných olejů a tuků. Literatura [13, Environment Agency of England and Wales, 2000, 65, Germany, 2002, 136, CBM C –The Brewers of Europe, 2002] 4.5.2.6

Flotace rozpuštěným vzduchem (DAF) (T6)

Popis Odlučování materiálů lehčích, než voda, např. jedlých olejů a tuků lze zlepšit pomocí flotace. V sektoru FDM se používá hlavně flotace rozpuštěným vzduchem (DAF). Tato technologie zkracuje dobu zadržení, ale neumožňuje od vody oddělit emulgované látky FOG a proto se v potravinářském průmyslu hojně používá pro odstraňování volných FOG. Základním mechanismem flotace vzduchem je uvádění malých vzduchových bublin do odpadní vody, která obsahuje suspendované látky k flotaci. Tyto vzduchové bublinky se při své cestě vzhůru k hladině zachycují na chemicky upravených částicích a vynášejí je k hladině. Vzduch se ve vodě rozpouští pod tlakem 300 až 600 kPa (3-6 bar). Vzduch se normálně uvádí do proudu recyklované čistěné vody, která již jednotkou DAF prošla. Tato přesycená směs vzduchu a odpadní vody vytéká do velké flotační nádrže, kde se uvolní 2 tlak a tím se tvoří množství malých bublinek. Zde se pevné podíly hromadí, zahušťují a odstraňují se mechanickým sbíráním z hladiny nebo odsáváním. Pro zlepšení adheze bublinek k pevným částicím se používají chemikálie, jako jsou některé polymery, síran hlinitý nebo chlorid železitý. Zařízení DAF je podobné zařízení pro sedimentaci (viz odst. 4.5.2.5). Dosažené ekologické přínosy Snižují se obsahy volných FOG, BSK, ChSK, SS, dusíku a fosforu. Snižuje se množství produkovaných odpadů, např. kaly lze získat zpět jako vedlejší produkt, např. v odvětví masa a mléka se používají jako krmivo pro hospodářská zvířata. Systém se udržuje aerobní, takže riziko problémů se zápachem je nízké.

2

Výraz „pevné podíly“ v originálu chybí, takže věta nedává smysl – pozn. překl. 468

Kapitola 4 Provozní údaje Tabulka 4.51 ukazuje účinnost odstraňování pro zařízení DAF ve výrobně filé ze sleďů. Parametr Snížení o (%) ChSK 70 - 75 BSK 80∗ Celkový dusík 45∗ Celkový fos for 70 - 85 Oleje 85∗ Mastné látky 98∗ ∗Přibližná hodnota DAF se užívá tam, kde je vysoký obsah FOG.

Tabulka 4.51: Účinnost odstraňování metodou DAF ve výrobně filé ze sleďů Při procesu DAF může být tlakový systém náchylný k ucpávání. Je obvyklé, že kaly, odebrané z nádoby DAF mají obsah sušiny 3 – 4 %. M ají-li se kaly regenerovat, je nutno buď vyloučit použití koagulačních a flokulačních činidel, nebo vybrat jejich vhodné typy. Použitelnost Způsob je široce použitelný v sektoru FDM. Ekonomika Poplatky za odpadní vodu obecně způsobují, že je metoda nákladově efektivní ve většině závodů, na které se vztahuje IPPC, které musí provádět určitý druh separace suspendovaných látek (SS). V porovnání se sedimentací má DAF nižší investiční náklady, ale vyšší provozní náklady. Příklady výroben Používá se v masném a rybném průmyslu, průmyslu ovoce a zeleniny, ve výrobě nealkoholických a alkoholických nápojů, rostlinných olejů a tuků. Literatura [13, Environment Agency of England and Wales, 2000, 28, Nordic Council of M inisters, 1997, 65, Germany, 2002, 136, ] 4.5.2.7

Havarijní odkláněcí nádrž (T7)

Popis Opatření pro nenadálé události lze zajistit, aby se zabránilo havarijním únikům z procesu, které by poškodily čistírnu odpadních vod a/nebo provoz KČOV tím, že by je vystavily náhlému vysokému přetížení. M ůže být zřízena havarijní nádrž, schopná pojmout obvykle 2-3 hodinový špičkový průtok. Proudy odpadních vod se monitorují dříve, než vstoupí do ČOV tak, aby mohly být automaticky odkloněny do odváděcí nádrže, je-li to potřebné. Havarijní nádrž je spojena zpět na vyrovnávací nádrž (viz odst. 4.5.2.3), nebo na stupeň primárního čistění, takže odpadní kapaliny, které nevyhovují technickým podmínkám, mohou být postupně vraceny do proudu odpadní vody. Jinak lze zařídit likvidaci obsahu havarijní nádrže mimo závod. Havarijní nádrže se používají také tam, kde neexistuje oddělený systém kanalizace pro povrchovou (srážkovou) vodu, která se tak může dostávat do závodní ČOV.

469

Kapitola 4 Dosažené ekologické přínosy Odstraňuje neregulované vypouštění nečistěných odpadních vod. Použitelnost Způsob je široce použitelný v sektoru FDM. Příklady výroben Používá se v masném průmyslu, mlékárenství a ve výrobě nealkoholických a alkoholických nápojů. 4.5.2.8 Odstředování (T8) Popis K dispozici jsou čtyři hlavní typy odstředivek: plnoplášťové a košové odstředivky odvodňují v šaržovém procesu. V plnoplášťovém uspořádání se kapaliny nad pevnou fází buď sbírají s povrchu nebo přetékají ve vířivém uspořádání na horní straně odstředivky. Košový systém používá děrované síto, takže kapalina protéká při 3 odstřeďování přes síto. Dýzová odstředivka se používá především pro dělení směsí kapalina/kapalina a konečně usazovací odstředivka (dekantér) je standardní technika, hojně používaná pro separaci aktivovaných kalů. Odstředivky lze používat pro oddělování částic, které jsou příliš malé na sedimentaci, díky použitým gravitačním silám. Dosažené ekologické přínosy Snižují se obsahy volných FOG, BSK, ChSK, SS, dusíku a fosforu. Snižuje se množství produkovaných odpadů, např. regenerací škrobu při zpracování brambor. Vzájemné účinky médií Vysoká spotřeba energie Provozní údaje Tab. 4.52 uvádí účinnost odstřeďování odpadní vody při zpracování sleďů. Parametr ChSK silně znečistěné odpadní vody ChSK méně znečistěné odpadní vody SS (suspendované pevné látky)

Snížení o (%) 45 16 - 25 80

Tabulka 4.52: Účinnost odstřeďování odpadní vody při zpracování sleďů Použitelnost Proces široce použitelný v sektoru FDM , např. pro zahušťování či odvodňování odpadních aktivovaných kalů. Používání odstředivek jako primární technologie čistění je dosti omezené. Ekonomika Náklady na údržbu a energii mohou být značné, technologie proto není atraktivní pro závody s poměrně malými průtoky. Příklady výroben Používá se v rybném průmyslu, v průmyslu ovoce a zeleniny a ve výrobě nealkoholických a alkoholických nápojů.

3

Názvosloví Technického slovníku naučného, SNTL Praha 1983 – pozn. překl. 470

Kapitola 4 Literatura [1, CIAA , 2002, 3, CIAA, 2001, 28, Nordic Council of M inisters, 1997, 145, M etcalf & Eddy, 1991, 159, CIAA-CEFS, 2003] 4.5.2.9

S rážení (T9)

Popis Jestliže nelze pevné částice oddělit jednoduchými gravitačními metodami, když jsou např. příliš malé, jejich hustota je příliš blízká hustotě vody nebo tvoří koloidní roztoky či emulze, přidávají se chemikálie, které způsobí jejich oddělení a usazení. Tato technologie se používá k přeměně látky, rozpuštěné ve vodě, na nerozpustnou, pomocí chemické reakce. Srážení lze užít i pro odstraňování fosforu. Proces chemického čistění má tři hlavní části. První fází procesu je koagulace, která se provádí za účelem destabilizace emulze nebo koloidního systému snížením potenciálu, určujícího stabilitu systému. Provádí se to běžně dávkováním anorganických chemikálií, jako jsou síran hlinitý, chlorid železitý nebo vápno (CaOH)2). Dalším krokem je vločkování malých částic do větších (vloček), které se snadněji usazují nebo vysazují na hladině (flotují). To může vyžadovat přidání polyelektrolytů, které vytvářejí můstky pro vytvoření velkých vloček. Kromě koagulace a flokulace dochází k vysrážení některých hydroxidů kovů a na těchto hydroxidech se adsorbují částice tuku. Po chemickém zpracování se vzniklé kaly odstraní usazením (viz odst. 4.5.2.5) nebo metodou DAF (viz odst. 45.2.6). Dosažené ekologické přínosy Snižují se obsahy volných FOG, SS a fosforu. Jestliže se ve výrobním procesu používají nebezpečné a významně rizikové látky, jejich množství v odpadní vodě se snižuje. Vzájemné účinky médií Vzhledem k přidávání chemikálií do odpadní vody může významně vzrůst obsah rozpuštěných pevných látek a solí a opakované použití či likvidace produkovaného pevného odpadu mohou být obtížné. Provozní údaje Uvádí se, že při použití srážení byly dosaženy účinnosti odstranění fosforu 70 – 90 %. Z mlékáren se hlásí vyšší produkce kalu, používá-li se k odstranění fosforu srážení fosforečnanů. Uvádí se také, že se srážení snadněji řídí, než biologické odstraňování fosforu. Problémem může být odstraňování fosforu z vod z rafinerií olejů. V nečistěné vodě je fosfor přítomen jak v organické, tak anorganické formě. Organické sloučeniny fosforu nereagují s anorganickými flokulanty a nesrážejí se. Srážení, např. hlinitými solemi, je možné a lze dosáhnout zbytkových zatížení vody na výstupu nižších než 4,5 g/t nerafinovaného oleje, je však ještě třeba dosáhnout koncentrace fosforu nižší než 2 mg/l. Provozy chemického čistění se obtížně řídí, protože jejich výkonnost je velmi citlivá na měnící se charakteristiky odpadní vody a těžko se proto automatizují a vyžadují významné zapojení pracovních sil.

471

Kapitola 4 Volba chemikálií pro koagulaci a flokulaci závisí na předpokládaném způsobu likvidace kalů. Uvádí se, že jestliže se srážení použije současně s čistěním odpadní vody aktivovaným kalem, pomáhá při usazování aktivovaného kalu. Dále se uvádí, že v některých případech přidání fosforu zvyšuje cenu kalu pro zemědělské použití, ale v jiných případech může zhoršovat problém eutrofikace. Údaje o výkonnosti odstraňování fosforu z ČOV s aktivovaným kalem se současným srážením z pěti finských škrobáren uvádí tabulka 4.53: Hladina celkového fos foru v přítoku (mg/l) Hladina celkového fos foru ve výtoku (mg/l) Zatížení aktivovaného kalu

30- 90 1-2

Tabulka 4.53: Údaje o výkonnosti při odstraňování fosforu v ČOV s aktivovaným kalem a simultánním srážením ve škrobárenství Použitelnost Postup je použitelný ve všech závodech FDM, např. pro odstraňování FOG, SS a fosforu. V rybném průmyslu se tato technologie používá, když je obsah oleje v odpadní vodě nízký. Používá se v průmyslu ovoce a zeleniny pro odstraňování fosforu pomocí hlinitých nebo železitých solí. Tuto technologii lze používat také současně během sekundárního čistění, např. v procesu s aktivovaným kalem, nebo jako terciární čistění. Ekonomika Tato technologie produkuje pevný odpad, jehož likvidace je nákladná. Příklady výroben Používá se v rybném průmyslu, v průmyslu ovoce a zeleniny, nealkoholických a alkoholických nápojů a v tukovém průmyslu.

ve výrobě

Literatura [65, Germany, 2002, 199, Finland, 2003]

4.5.3

Sekundární čistění

Sekundární čistění se používá hlavně pro odstranění biologicky odbouratelných organických látek a suspendovaných pevných podílů pomocí biologických metod. Adsorpce znečisťujících látek na vytvářený organický kal také odstraní materiály, které nejsou biologicky odbouratelné, např. těžké kovy. Z odpadní vody se mohou také částečně odstranit organický dusík a fosfor. Varianty sekundárního čistění mohou být používány samostatně nebo v kombinaci, podle charakteristik odpadní vody a požadavků před vypuštěním. Když se používají v kombinaci zařazené za sebou, technologie se nazývají vícestupňové systémy (viz odstavec 4.5.3.3.2). Existují v podstatě tři druhy metabolických procesů, tj. aerobní procesy využívající rozpuštěný kyslík; anaerobní procesy bez přívodu kyslíku a anoxické procesy využívající biologickou redukci donorů kyslíku [1, CIAA, 2002, 13, Environment Agency of England and Wales, 2000, 65, Germany, 2002]. Tento oddíl popíše technologie, které využívají hlavně aerobní a anaerobní metabolické procesy.

472

Kapitola 4 Hlavní výhody a nevýhody anaerobních procesů čistění odpadních vod v porovnání s aerobními procesy uvádí tabulka 4.54. Výhody Nízká produkce přebytečného kalu, menší rychlost růstu znamenají nižší nároky na makro- a mikroživiny Nízké nároky na energii, kvůli nedostatku nuceného větrání Obecně nižší provozní náklady spojené se sníženou produkcí kalů a nižšími náklady na míchání. Jsou spojeny se sníženou produkcí kalu a nižšími náklady míchání.

Nevýhody Mesofilní bakterie prospívající při teplotách 20 až 45°C mohou vyžadovat vnější zdroj tepla

Nízká rychlost růstu vyžaduje dobré zadržování biomasy Počáteční fáze uvádění do provozu a aklimatizace může být dlouhá. (neplatí pro reaktory s granulovaným kalem, např. EGSB, očkované kalem provozní vegetace 4 Obecně vyšší kapitálové (investiční) náklady Produkuje bioplyn, který lze použít pro pohon nebo Anaerobní systémy jsou citlivější než aerobní na vytápění kolísání teploty, pH, koncentrace a zatížení škodlivinami Malé nároky na prostor Některé složky vyčistěné odpadní vody mohou být toxické nebo korosivní (např. H2 S). Může být snadno vyřazeno na delší období z provozu a zůstane ve „spícím“ stavu (užitečné pro sezónní procesy, jako je zpracování cukrovky) Zvláštní výhodou procesu je tvorba pelet. To nejenom dovoluje rychlou reaktivaci po měsíčním přerušení provozu, ale také prodej přebytečných pelet, např. po očkování nových systémů. Některé látky, které nelze odbourat aerobně, mohou být odbourány anaerobně (např. pektiny a betain) Méně problémů s pachy (pokud se použije vhodná technologie pro jejich potlačení) Žádná tvorba aerosolu, může asimilovat FOG (neplatí pro UASB)

Tabulka 4.54: Výhody a nevýhody anaerobních procesů čistění odpadní vody v porovnání s aerobními procesy [1, CIAA, 2002, 13, En vironment Agency of England and Wales, 2000, 65, Germany, 2002]

4

Rozumí se pestrá směs bakterií, plísní, atd, normálně přítomných v kalu – pozn. překl. 473

Kapitola 4 4.5.3.1

Aerobní čistění odpadních vod – výhody a nevýhody

Aerobní jsou použitelné a nákladově efektivní obecně jen tehdy, když je odpadní voda snadno biologicky odbouratelná. M ikroorganismy ve směsné tekutině mohou získávat přísun kyslíku buď z hladiny nebo pomocí provzdušňovacích zařízení, ponořených do odpadní vody. Hladinová injektáž kyslíku se provádí buď hladinovými provzdušňovači nebo se užívají kyslíkové klece. Výhody a nevýhody procesů aerobního čistění odpadních vod uvádí tabulka 4.55. Výhody Odbourání na neškodné sloučeniny

Nevýhody Vznik velkých objemů kalu Efekty těkání s vodní parou vedou na úniky těkavých látek, což je častá příčina zápachu a vzniku aerosolů. Bakteriální aktivita se snižuje za nízkých t eplot. Pro zintenzivnění procesu lze však použít hladinové provzdušňování a injektáž čistého kyslíku. Jestliže se látky FOG neodstraní před aerobním biologickým čistěním, mohou překážet provozu ČOV, protože je bakterie obtížně rozkládají.

Tabulka 4.55: Výhody a nevýhody procesů aerobního čistění [1, CIAA, 2002, 13, Environment Agency (UK), 2000; 65, Germany, 2002]. 4.5.3.1.1 Aktivovaný kal (T10)

Popis Technologie aktivovaného kalu produkuje aktivovanou hmotu mikroorganismů, schopných aerobní stabilizace kalu. Tato biomasa se provzdušňuje a udržuje v suspenzi v reaktorové nádobě. Vegetace kalu může využívat vzduch, kyslík, nebo jejich kombinaci. Pokud se jí dodává kyslík, mluví se o systémech s čistým kyslíkem (viz odst. 4.5.3.1.2). Dosažené ekologické přínosy Snížení úrovní BSK/ChSK, fosforu a dusíku. Pokud se v procesu používají nebezpečné a prioritní nebezpečné látky, jejich hladiny v odpadní vodě se snižují. Vzájemné účinky médií Vysoká spotřeba energie Provozní údaje Po určité době zadržení několika hodin, ale déle, než 10 dnů, podle míry zatěžování 5 (poměru F/M ) asi 0,1 až 0,15 kg BSK/kg M LSS a den se směsná suspenze mikroorganismů vypustí do usazovacího zařízení (viz odst. 4.5.2.5). Doba hydraulického zadržení, či stáří kalu, a poměr F/M se mohou měnit jako funkce charakteristik surové odpadní vody, tj. složení, dostupnosti a schopnosti odbourání organických látek, atd., a požadované jakosti odcházející vyčistěné odpadní vody.

5

MLSS = pevné látky suspendované ve směsné kapalině – pozn. překl. 474

Kapitola 4 Například nitrifikace probíhá při nižších poměrech F/M (<0,1 kg BSK/kg M LSS za den). V sedimentačním zařízení proběhne usazení mikrobiálních vloček a čirý výtok odchází přepadem do vodoteče. Získá se usazený kal, který se většinou vrací do provzdušńovací nádrže. Určitý podíl aktivovaného kalu se převádí do odpadu, aby se hodnota M LSS udržovala na přiměřené úrovni, např. 3000 mg/l. Údaje o výkonnosti ČOV s aktivovaným kalem v pivovarnictví uvádí tabulka 4.56. Počáteční zatí žení (kg ChSK/m3 a den) Konečná úroveň BSK (mg/l)

1,2 – 1,8

15 - 25 Kal generovaný na kg odstraněného BSK 0,45 – 0,55 (SS/kg) Tyto výkonnostní údaje platí pro rozsah teplot 25 °až 35 °C a nejsou proto použitelné v zimě.

Tabulka 4.56: Údaje o výkonnosti ČOV s aktivovaným kalem, uváděné pro pivovarnictví Pro použití aktivovaného kalu byla zveřejněna účinnost odstraňování fosforu 10-25 %. Z cukrovarnictví je známo, že nízké zimní teploty vzduchu a vody snižují čistící schopnost, protože se snižuje aktivita bakterií. Obvykle je však možné používat málo hodnotné odpadní teplo z procesu výroby cukru pro zvýšení teploty v systému a pro podporu bakteriální aktivity. Nejběžnější problém, spojený s procesy aerobního růstu v suspenzi je zbytnění aktivovaného kalu. Tento pojem se používá k popsání biologického kalu se špatnými sedimentačními vlastnostmi a jev je obecně způsoben přítomností vláknitých bakterií nebo nadměrným množstvím vody, obsaženým v biologické vločce. Důležitým a zásadním bodem, který je nutno v souvislosti se zbytněním kalu zdůraznit je, že prevence je lepší, než léčení. Uvádí se, že obvyklou „léčbou“ zbytnění kalu je použití chemikálií, tj. chlorování,či použití jiných oxidačních nebo srážecích chemikálií, pro vyhubení všech vláknitých organismů, které nejsou chráněny vločkami aktivovaného kalu. Jak se uvádí, tyto metody nejsou příliš selektivní a mohou zničit veškerou biologickou aktivitu. Zbytnění kalu lze předcházet např. zajištěním, že se udržuje optimální vyváženost přidávaných živných látek, čímž se snižuje na minimum uvolňování živin a výskyt nadměrného množení vláknitých bakterií, neboli zbytnění. M ezi postupy, jak si poradit se zbytněním kalu, patří snížení zatížení. Přítomnost amoniaku jako štěpného produktu zajišťuje důkazy koncentrací a určuje, zda je potřebná denitrifikace. Doba hydraulického zdržení, stáří kalu a provozní teplota jsou nejdůležitější parametry k posouzení. Tyto parametry je potřebné odůvodnit z hlediska štěpení odolnějších organických látek.

475

Kapitola 4 Používání samostatné sekce, či selektoru, se uznává za dobrý nástroj pro zabránění a regulaci růstu vláknitých mikroorganismů. To je zóna prvního kontaktu, kde se primární výtok a vracený kal dostávají do styku. Selektor zahrnuje selektivní růst vločkujících organismů tím, že zajišťuje vysoký poměr F/M (živin k mikroorganismům) při řízené koncentraci rozpuštěného kyslíku. Doba styku je krátká, obvykle 10 až 30 minut. Anoxický selektor, který vyžaduje přítomnost dusičnanů ve vodě je často vhodnou volbou pro systémy s aktivovaným kalem, které nitrifikují. Kromě zajištění účinného potlačování vláknitých bakterií, anoxické selektory poskytují výhody a) snížení nároků procesu na kyslík, protože se dusičnanový dusík využije jako koncový akceptor elektronů pro oxidaci natékající biologicky odbouratelné organické hmoty a b) snížení spotřeby alkality během nitrifikace, což je výsledek regenerace alkality v anoxické zóně. M imo to, anoxické selektory mohou být dosti účinné při potlačování růstu vláken, protože využívají mechanismy kinetické, stejně jako mechanismus metabolické selekce. V mlékárnách se zbytnění kalu pozoruje v systémech aktivovaného kalu s kolísavým zatížením a nízkým poměrem F/M , např. při nedostatečné BSK. Pokud se nepoužívá selektor, je potřebné navrhnout finální sedimentaci podle špatných sedimentačních vlastností kalu. Použitelnost Postup je široce použitelný v závodech FDM . Technologii lze používat pro odpadní vody s vysokou i nízkou BSK, ale obvykle čistí velmi účinně a nákladově efektivně vodu s nízkou BSK. Použití technologie může být omezeno nedostatkem prostoru. Ekonomika Technologie aktivovaného kalu poskytuje nákladově efektivní čistění rozpustných organických materiálů. Přesto je nejlepší, když voda ze škrobárenství s ChSK vyšší než 10000 mg/l není čistěna pouze aerobním postupem. Ve výrobě nealkoholických a alkoholických nápojů je aplikace této technologie obvykle předimenzovaná kvůli sezónním rozdílům v objemu odpadních vod, při odpovídajících vysokých investičních i provozních nákladech. Příklady výroben Používá se v masném a rybném průmyslu, v průmyslu ovoce a zeleniny, škrobárenství, mlékárenství a pivovarnictví, ve výrobě nealkoholických a alkoholických nápojů a v tukovém průmyslu. Literatura [65, Germany, 2002, 136, CBM C–The Brewers of Europe, 2002, 145 M etcalf & Eddy, 1991, 199, Finland, 2003] 4.5.3.1.2 Systémy s čistým kyslíkem (T11)

Popis Systémy s čistým kyslíkem jsou v podstatě intenzifikací procesu s aktivovaným kalem, tj. injektáží čistého kyslíku do stávajícího konvenčního provzdušňovacího zařízení. To se často provádí poté, co závod zvýší objem nebo variabilitu produkce a stávající provzdušňovací zařízení přestane být efektivní, přinejmenším v některých částech svého provozního cyklu.

476

Kapitola 4 Dosažené ekologické přínosy Snížení úrovní BSK/ChSK a dusíku. Snížený potenciál pro vznik zápachu, protože hladina v provzdušňovací nádrži je prakticky nerušená. Snížená spotřeba energie. Provozní údaje V porovnání s konvenčním aktivovaným kalem mají systémy s čistým kyslíkem schopnost zintensivnit proces tím, že bude pracovat na vyšší úrovni M LSS. M imo to, tato technologie má menší spotřebu energie proti konvenčním aktivovaným kalům, kde se 70 % energie vyplýtvá proto, že ve vzduchu je 70 % obj. dusíku. Použitelnost Technologie široce použitelná v sektoru FDM . Kromě řady nových závodů byl jistý počet systémů s čistým kyslíkem instalován na starší zařízení. Ekonomika Jelikož systém pracuje s extrémně dlouhým stářím kalu a podporuje endogenní respiraci, přičemž biomasa sama sebe stravuje, existuje tu významné snížení nákladů na likvidaci kalu. Avšak zařízení, která používají kyslík namísto vzduchu, mají vyšší provozní náklady. Důvody pro realizaci Používání čistého kyslíku zlepšuje ovládání a výkonnost a může být instalováno na starší, již existující čistírny. Příklady výroben Používá se v masném průmyslu, průmyslu ovoce a zeleniny, v mlékárnách a cukrovarnictví. Literatura [13, Environment Agency of England and Wales, 2000] 4.5.3.1.3 Sekvenční šaržové reaktory (SBR) (T12)

Popis Sekvenční šaržový reaktor (SBR) je variantou procesu s aktivovaným kalem. Pracuje v režimu „plnění-odběr“ a normálně se skládá ze dvou identických reakčních nádrží. Různé fáze procesu s aktivním kalem: vyrovnání, provzdušňování, vyčeření se provádějí ve stejném reaktoru. Dosažené ekologické přínosy Snížení hladin BSK a ChSK, fosforu a dusíku Provozní údaje Proces je velmi přizpůsobivý, protože v rámci provozních cyklů je možná řada změn procesu, např. zvýšená denitrifikace během fáze nečinnosti. Typická doba cyklu je asi 6 hodin. Doba, po kterou trvá každá fáze, může být přizpůsobena místním podmínkám. Posloupnost procesu je nezávislá na jakýchkoli vlivech způsobených kolísáním hydraulických vstupů. V tom smyslu má SBR jednodušší režim, tj. systém „naplnit a vypustit“, nikoli konvenční aktivovaný kal. Protože šaržové plnění vede k tvorbě snadno se usazujícího kalu, je tento proces vhodný pro průmyslové odpadní vody, které mají sklon ke zbytnění kalu.

477

Kapitola 4 Typický provozní režim SBR uvádí tabulka č.57. Krok

Účel

Provoz Max. objem Doba cyklu (provzdušňování) (%) (%) Plnění Přidávání substrátu Vzduch zapnut/vypnut 25 – 100 25 Reakce Biologické odbourávání Vzduch zapnut/cyklus 100 35 Usazování Vyčiření Vzduch vypnut 100 20 Odpouštění Vypuštění vyčistěné vody Vzduch vypnut 35 - 100 15 Kal nepracuje Vzduch zapnut/vypnut 25 - 35 5 Prostoj∗ ∗Odpadní kal může vznikat i v jiných krocích. V systému s více nádržemi se fáze nečinnosti používá pro poskytnutí času na naplnění druhé nádrže. Tento krok může být vynechán.

Tabulka 4.57: Charakterizace typického SBR Použitelnost Postup je široce použitelný v závodech FDM . Technologii lze používat pro odpadní vody s vysokou i nízkou BSK; obvykle čistí velmi účinně a nákladově efektivně vodu s nízkou BSK. Použití technologie může být omezeno nedostatkem prostoru. Ekonomika Nižší investiční a vyšší provozní náklady, než má konvenční aktivovaný kal. Příklady výroben Používá se v masném průmyslu, v průmyslu ovoce a zeleniny, mlékárenství, ve výrobě nealkoholických a alkoholických nápojů a v tukovém průmyslu. Literatura [1, CIAA, 2002, 65, Germany, 2002, 145 M etcalf & Eddy, 1991]. 4.5.3.1.4 Aerobní laguny (T13)

Popis Aerobní laguny (kalové rybníky) jsou velké mělké zeminou hrazené rybníky, které jsou užívány pro čistění odpadních vod přirozenými procesy, mezi něž patří využívání řas, bakterií, slunce a větru. Kyslík, kromě toho, který produkují řasy, difunduje do kapaliny z atmosféry. Obsah laguny se normálně periodicky promíchává pomocí čerpadel nebo hladinových provzdušňovačů. Variantou aerobní laguny je fakultativní laguna, kde se stabilizace dosahuje kombinací aerobních, anaerobních a zvolených bakterií. Kyslík lze v horní vrstvě fakultativní laguny lze udržovat povrchovým provzdušňováním. Dosažené ekologické přínosy Snížení hladin BSK a dusíku Vzájemné účinky médií Potenciální obtěžování zápachem, poškozování půdy a kontaminace spodních vod. Provozní údaje Uvádí se, že kalové rybníky nabízejí vyrovnávací kapacitu díky velkým plochám a objemům, vyrovnávání objemů a koncentrací v sezónních operacích a že díky velmi dlouhým dobám zdržení ustavují přizpůsobené biocenózy. Podle charakteristik půdy je třeba, aby kalové rybníky byly utěsněny, aby nedocházelo ke znečistění spodních vod.

478

Kapitola 4 Z cukrovarnictví pocházejí informace, že plocha hladiny a hloubka jsou klíčové prvky pro rychlost odbourávání BSK. Odbourávání BSK je založeno na přírodních procesech, jako jsou koloběh uhlíku, dusíku a síry a činnost bakterií. Povrchové provzdušńování se v tomto odvětví používá pro zvýšení aktivity aerobních bakterií, když je to potřebné, např.za nižších teplot. Další kyslík se vpravuje do vody pomocí elektřinou poháněných „volných“ nebo „pevných“ provzdušňovačů. Příležitostně se tam kde to umožňují povětrnostní podmínky, používají větrem poháněné provzdušňovače. Dostupné jsou i smíšené systémy „vítr/elektřina“. Je známo použití odpařovacích kalových rybníků ve vinařských závodech a lisovnách olivového oleje. Voda se nechává v otevřených nádržích odpařovat celé měsíce. Použitelnost Postup je použitelný v závodech FDM . Použití technologie může být omezeno nedostatkem prostoru. Technologii lze používat pro odpadní vody s vysokou i nízkou BSK, ale obvykle čistí velmi účinně a nákladově efektivně vodu s nízkou BSK. V průmyslu ovoce a zeleniny se laguny používají za předpokladu, že mají dostatečnou kapacitu, aby bránily neregulovanému přetečení a umožnily řízené vypouštění odpadní vody v obdobích vysokého průtoku. Příklady výroben Kalové rybníky se hojně používají v cukrovarnictví, v průmyslu ovoce a zeleniny, ve výrobě nealkoholických a alkoholických nápojů a v tukovém průmyslu. Literatura [65, Germany, 2002, 159, CIAA-CEFS, 2003, 199, Finland, 2003]. 4.5.3.1.5 Zkrápěné filtry (T14)

Popis V aerobních procesech na zakotvené tenké vrstvě, jako jsou zkrápěné filtry (biologické sprchy) biomasa roste jako tenká vrstva na povrchu náplně a odpadní voda se rozděluje tak, aby přes ni rovnoměrně protékala. Náplň (nosič) v biologické sprše je normálně tvořen kamenivem nebo různými druhy plastů. Čistěná kapalina se shromažďuje pod náplní a odvádí do usazovací nádrže, odkud může být část kapaliny recyklována, aby zředila příchozí odpadní vodu. K obměnám patří střídavá dvojí filtrace nebo trvalá dvojí filtrace. Dosažené ekologické přínosy Snížení úrovní BSK a ChSK, fosforu a dusíku. Pokud se v procesu používají nebezpečné a významně rizikové látky, jejich hladiny v odpadní vodě se snižují. Vzájemné účinky médií Potenciální obtěžování zápachem.

479

Kapitola 4 Provozní údaje Uvádí se, že v mlékárnách jsou obvykle rychlé biologické sprchy projektovány tak, aby odstraňovaly 50 – 60 % BSK. Pro účinný provoz je nezbytně nutné, aby byly na minimum sníženy úrovně FOG předtím, než je odpadní voda uvedena do rychlofiltru. Po rychlofiltraci může být potřebná sekundární sedimentace, což záleží na podmínkách souhlasu k vypouštění. Uvádí se, že v odvětví nealkoholických a alkoholických nápojů má tato technologie 70 % účinnost, takže je normálně potřebný ještě dokončovací krok. Uváděné účinnosti odstraňování fosforu v biologických sprchách se pohybují v oblasti 8-12 %. Použitelnost Technologii lze používat pro odpadní vody s poměrně nízkou BSK, nebo jako dokončovací krok po procesu s aktivovaným kalem nebo rychlofiltraci. Jeho použití v závodech FDM klesá pro poměrně velkou potřebnou plochu půdy, a pro provozní problémy s ucpáváním. Příklady výroben Proces se používá v rybném průmyslu, ve výrobě nealkoholických a alkoholických nápojů a v tukovém průmyslu. Rychlé biologické sprchy se používají v některých mlékárnách v UK. 4.5.3.1.6 Biologické věže (T15)

Popis Odpadní vody ze zpracování potravin, nápojů a mléka mají často vysoké koncentrace organických látek, obecně příliš vysoké pro konvenční aerobní čistění. Následkem toho je nezbytné předčistění pro snížení BSK na přijatelnou úroveň,předtím než se voda dále čistí, nebo vypustí do ČOV. Biologické věže nebo hrubovací filtry jsou speciálně konstruované biologické sprchy (viz odst. 4.5.3.1.5) provozované pod vysokým organickým zatížením, které mohou dosáhnout vysoké úrovně odstranění BSK. Technologie využívá nadzemní nádrže obsahující náplň z plastů s velkým povrchem. Na náplni je zakotvena tenká vrstva mikroorganismů, která metabolizuje organický materiál. Odpadní voda se často věží recykluje, aby se dosáhlo dalšího vyčistění. Potom je odpadní voda z těchto zařízení vypouštěna do konvenčního biologického procesu čistění. Dosažené ekologické přínosy Snížení úrovní BSK/ChSK, fosforu a dusíku. Vzájemné účinky médií Potenciální obtěžování zápachem. Emise hluku, M ohou se tvořit SS. Provozní údaje Plastová náplň druhu, používaného v biologických věžích, má objemový specifický povrch 100 až 240 m2/m3. Jak se uvádí, pro dosažení 90 % odstranění lze věž 3 provozovat při specifickém zatížení až 0,5 BSK/m .den, zatímco při zatížení 2,5 kg 3 BSK/m .den je možné dosáhnout odstranění 60 %. M ůže se objevit ucpávání či nestabilní kal. M ůže vznikat hluk při dmýchání vzduchu do biologické věže. Použitelnost Technologii lze používat ve všech závodech FDM majících odpadní vody s vysokým obsahem organických látek. 480

Kapitola 4 Důvody pro realizaci Biologické věže jsou účinnou metodou pro snižování BSK na úroveň blízkou komunálním splaškům. Literatura [1, CIAA, 2002, 13, Environment Agency of England and Wales, 2000, 145 M etcalf & Eddy, 1991] 4.5.3.1.7 Rotační biologické nosiče (RBC) (T16)

Popis 6 Celek RBC se skládá z těsně k sobě uložených kotoučů z polystyrenu nebo polyvinylchloridu. Kotouče jsou zčásti ponořeny v odpadní vodě a zvolna se v ní otáčejí (na horizontální ose – pozn. překl.). Za provozu na povrchu kotoučů naroste mikrobiální vegetace a udržuje se nakonec jako vrstva slizu na celém smáčené ploše povrchu kotoučů. Otáčení kotoučů uvádí biomasu střídavě do styku s organickým materiálem v odpadní vodě a potom s atmosférou pro adsorpci kyslíku. Otáčení je zároveň také mechanismem pro odstraňování přebytečných pevných látek z kotoučů, takže mohou být vynášeny ze zařízení do sedimentační nádrže. Dosažené ekologické přínosy Snížení úrovní BSK, fosforu, dusíku a SS. Vzájemné účinky médií Potenciální obtěžování zápachem. Provozní údaje Pokud jsou správně navržené, jsou RBS dosti spolehlivé, díky velkému množství přítomné biomasy (nízký provozní poměr F/M ). Tato velká biomasa jim také umožňuje účinněji snášet krátkodobá hydraulická a organická přetížení. Použití stupňů v tomto systému „zavřeno-otevřeno“eliminuje možnost zkrácení cyklu a tlumí nárazová zatížení. Uvádí se, že se kotouče mohou zanášet. Uváděné účinnosti odstraňování fosforu v systémech RBC se pohybují v oblasti 8-12 %. Použitelnost Technologii lze používat ve všech závodech FDM např. pro snižování úrovní BSK, fosforu, dusíku a SS. Příklady výroben Technologie se používá v rybném a tukovém průmyslu. Literatura [145 M etcalf & Eddy, 1991]

6

Rotating biological contactor- překládáno jako rotační biologický nosič (nikoli „stykač“ ) – pozn. překl. 481

Kapitola 4 4.5.3.1.8 Biologické provzdušňované zaplavované filtry provzdušňované filtry (SBAF) (T17)

(BAFF) a

ponořené biologické

Popis Biologické provzdušňované zaplavované filtry (BAFF) a ponořené biologické provzdušňované filtry (SBAF) jsou hybridní systémy se suspenzním a zakotveným růstem mikroorganismů, které lze nejlépe popsat jako čistírny s aktivovaným kalem, které obsahují média s velkým objemem dutin pro podporu bakteriálního růstu. Ve stejné struktuře také umožňují určitou míru fyzikální filtrace. Dosažené ekologické přínosy Snížené úrovně BSK a ChSK. Provozní údaje Zpětné vypírání se provádí přibližně každých 24 hodin, aby se odstranila přebytečná biomasa. Sekundární sedimentace není následkem toho potřebná. Pro čistění vody ze zpětného propírání je nutné sedimentační nebo flotační zařízení. Použitelnost Používají se hlavně jako dokončovací (rafinační) krok při čistění komunálních splašků, avšak SBAF se v sektoru FDM používá stále více. Ekonomika Uvádí se, že reaktory BAFF jsou nákladově efektivní pro čistění od rozpustných organických látek. Příklady výroben Používá se v masném průmyslu, průmyslu ovoce a zeleniny, ve výrobě nealkoholických a alkoholických nápojů a v mlékárnách. Literatura [13, Environment Agency of England and Wales, 2000] 4.5.3.1.9 Intenzivní a ultraintenzivní aerobní filtry (T18)

Popis Intenzivní (rychlé) a velmi intenzivní (velmi rychlé) aerobní filtry nabízejí potenciál pro vyšší než obvyklá zatížení aerobních systémů. Proces používá vysokou míru recyklace odpadní vody, vedené integrální sestavou trysek. Vzduch se uvádí do trysky, působí na bakterie velkou střižnou silou a vyvolává intenzivní turbulenci a sycení kyslíkem. Je to toto vysoké namáhání ve střihu, kterému jsou bakterie vystaveny, co tento proces tak odlišuje od jiných aerobních technologií, tj. mikroorganismy jsou protlačovány tryskou, což má za následek, že v systému existují jen velmi malé bakterie, čímž se liší od ostatních systémů, v nichž bakterie takovému střižnému namáhání vystaveny nejsou a tudíž v nich existují i vyšší formy života. Dosažené ekologické přínosy Snížené úrovně BSK a ChSK. Vzájemné účinky médií Tyto filtry neposkytují odpadní vodu s jakostí vhodnou pro vypouštění do vodotečí.

482

Kapitola 4 Provozní údaje Velmi rychlé aerobní systémy nabízejí potenciál pro až 50 – 100 x vyšší zatížení aerobních systémů, než konvenční aerobní čistění. Avšak proto, že neposkytují odpadní vodu jakosti vhodné pro vypouštění do vodoteče, potřebují druhý aerobní stupeň, který je zatěžován opatrněji. Použitelnost Široce použitelné v sektoru FDM . Ekonomika Nižší kapitálové investice. Důvody pro realizaci M enší velikost provozu a nižší kapitálové investice Příklady výroben Aplikace v rybném průmyslu 4.5.3.2

Anaerobní procesy

Organická hmota se rozkládá v nepřítomnosti kyslíku a produkuje methan (CH4) jako vedlejší produkt, který se používá k vyhřívání reaktorů. Ve standardních anaerobních procesech se reaktory obvykle nevyhřívají, avšak v intenzivních anaerobních procesech se obvykle vyhřívají. V obou případech musí být teplota reaktoru udržována v oblasti 30 – 35°C (mesofilní) nebo 45 – 50°C (termofilní), a zda je, nebo není potřebné reaktory vyhřívat, závisí v podstatě na teplotě přiváděné odpadní vody [145 M etcalf & Eddy, 1991, 200, CIAA, 2003] Ačkoliv je anaerobní růst pomalejší než v aerobním procesu, v anaerobní technologii lze 3 u silně zatížených výtoků dosáhnout vyšších zatížení BSK (vyjádřeno v kg BSK na m objemu reaktoru). Anaerobní technologie se obecně využívají v těch odvětvích, kde se vyskytuje vysoká koncentrace rozpustného a snadno biologicky odbouratelného materiálu a kde je „síla“ odpadní vody vyjádřená v ChSK obecně vyšší než 1500 – 2000 mg/l. Použití anaerobního čistění odpadních vod je omezeno převážně na velmi silně znečistěné odpadní vody z potravinářského průmyslu s hodnotou ChSK mezi 3000 a 4000 mg/l (tj. např. z výroby cukru, škrobu, droždí, ovoce a zeleniny, z palíren). Nedávno bylo dosaženo určitých úspěchů s použitím některých anaerobních systémů i pro méně znečistěné odpadní vody s ChSK mezi 1500 a 3000 mg/L, například v pivovarech, mlékárnách a v odvětví ovocných šťáv, minerálních vod a nealkoholických nápojů [65, Germany, 2002]. Avšak velké kolísání objemu a koncentrací, např. u průmyslových odpadních vod ze zpracování ovoce a zeleniny, způsobuje, že tato technologie čistění je méně účinná.

483

Kapitola 4 Jedním z nejpodstatnějších aspektů anaerobního čistění tekutých odpadů je fakt, že se značná většina organického uhlíku obsaženého v BSK přítoku mění na methan a nikoli na buněčný růst. U aerobních procesů je tomu právě naopak, většina organického uhlíku se mění na nové buňky, které nakonec vytvářejí odpadní biologické pevné látky, které potřebují buď další zpracování nebo likvidaci mimo závod. Anaerobní procesy produkují mnohem méně odpadních kalů. Také produkovaný methan má vysokou výhřevnost a jako takový může být znovu použit jako palivo, např. jinde v závodě. Anaerobní systém sám o sobě by nedosahoval dostatečně vysokou kvalitu konečné odpadní vody, aby bylo možné ji vypouštět do vodoteče. Za anaerobní čistírny se zařazuje aerobní systém (viz oddíl 4.5.3.1), protože ten dosahuje nižších absolutních hodnot vypouštěné kapaliny, odstraňuje sirovodík a zajišťuje, že je konečná odpadní voda dobře provzdušněna, což napomáhá při štěpení zbývající BSK. Energie, získaná z anaerobní čistírny, může být rovna energii, kterou spotřebuje aerobní zařízení. Za určitých okolností může být aerobní čistírnou komunální ČOV. Bude to záviset na čistírně-příjemci a bilanci porovnávající poplatky za průmyslovou odpadní vodu a investici do vnitrozávodního aerobního stupně čistění. Anaerobně vyčistěná odpadní voda může být provzdušněna z hladiny před přepravením do KČOV. Běžně se to provádí v dočisťovací skladovací nádrži na vyčistěnou vodu, v níž se zajistí kladné koncentrace rozpuštěného kyslíku, než se voda vypustí do ČOV. M ethanogenní bakterie zapojené do v podstatě finální fáze anaerobního procesu, kterým se tvoří plynný methan, je potřebné chránit před sloučeninami chloru a síry a nadměrným kolísáním pH a teploty. V acidifikačním stupni převládají obvykle jiné bakterie a rozštěpí mnohé z látek, které působí tyto problémy. V důsledku pomalého mikrobiálního růstu nedochází k žádnému odstraňování fosforu. Nedochází také k žádné nitrifikaci a denitrifikaci, takže anaerobním čistěním nelze odstraňovat dusík. M oderní konstrukce reaktorů dovolují vyšší míru zatížení, zvyšují výrobu bioplynu a nabízejí vyšší stabilitu. Jakmile se populace bakterií v takových systémech přizpůsobí odpadní vodě, vede to k vyšší stabilitě. Každé vnitrozávodní zařízení, které se opírá o anaerobní reaktor jako hlavní proces čistění, má podobné uspořádání. Všechna zařízení musejí mít tovární sběrnou jímku nebo nádobu na odpadní vody nebo vyrovnávací nádrž, z nichž se odpad čerpá nebo teče do nádrže k prvnímu čistění. Procesy primárního čistění jsou stejné, jaké jsou pospány shora pro aerobní systémy. Ze stupně primárního čistění se odpadní voda přepouští do úpravárenské či vyrovnávací nádrže, kde se „upraví“ (úprava pH, přidání živin), než se nátokovým distribučním systémem dopraví do biologického reaktoru. Dřívější anaerobní reaktory dovolují zahájit počáteční fáze anaerobní výměny látek v úpravárenské nádrži (která se často nazývá „acidifikační nádrž“). M oderní konstrukce reaktorů umožňují, aby všechny metabolické procesy proběhly v reaktoru. Úpravárenská nádrž je tudíž potřebná jen pro úpravu pH a přidávání živin. Čistění probíhá v reaktoru za vzniku bioplynu, který musí být shromažďován, odváděn a likvidován buď spálením v pochodni nebo v kotelně. Často jsou zařazeny další součásti, jako skladovací nádrž na kal, zařízení na likvidaci odvětrávaného plynu (odvzdušnění) a zařízení na předběžné nebo dodatečné čistění. 484

Kapitola 4 Vnitrozávodní čistírny opírající se o anaerobní reaktor jako hlavní proces čistění mají podobné uspořádání. M ají sběrnou jímku či nádobu na odpadní vodu nebo vyrovnávací nádrž, ze které je odpadní voda čerpána, nebo teče, do nádrže primárního čistění. Procesy primárního čistění jsou takové, jaké jsou popsány pro aerobní systémy. Ze stupně primárního čistění se odpadní voda dostává do úpravárenské či nárazníkové nádrže, kde se odpadní voda „kondicionuje“, tj. provádí se úprava pH nebo se přidávají živiny předtím, než je vedena nátokovým distribučním systémem přes biologický reaktor. Starší anaerobní reaktory umožňují, aby počáteční fáze anaerobního metabolismu byly zahájen v úpravárenské nádrži (často nazývané acidifikační nádrž). Reaktory moderní konstrukce umožňují, aby všechny metabolické pochody probíhaly v reaktoru. Úpravárenská nádrž je tudíž potřebná jen pro úpravy pH a přidávání živin. Čistění nastává v reaktoru, který produkuje bioplyn, jenž musí být zachycován. Často používané další komponenty jsou nádrž na skladování kalu a zařízení na likvidaci odvětraných plynů a zařízení pro primární čistění. Typické údaje o výkonnosti některých anaerobních technologií uvádí tabulka 4.58. Proces

Anaerobní laguny Anaerobní kontaktní proces Pevné lože Kalový mrak s vzestupným tokem (UASB) Expandované lože Reaktor s fluidním ložem Reaktor s vnitřní cirkulací (IR)

Vstupní ChSK mg/l

Doba hydraulického zdržení (h)

1500 – 5000 10 000 – 70 000 5000 – 15 000

2 – 14 24 – 48 4 – 12

5000 – 10 000

5 - 10

Organické zatí žení (kg ChSK/m3 .den 0,6 - 1 0,5 – 5 1–5 4 – 12 (-60) 5 - 15 40 - 60 31

Odstranění ChSK (%) 75 – 90 75 – 85 75 – 85 80 - 85

Tabulka 4.58: Typické provozní a výkonové údaje anaerobních procesů čistění odpadních vod [145, Metcalf & Eddy, 1991, 159, CIAA-C EFS , 2003] Anaerobní procesy čistění se setkávají s některými běžnými provozními problémy, jež uvádí tabulka 4.59. Problém Nedostatek makroživin pH Teplota Nedostatek mikroživin

Možné řeš ení Poměry BSK:N:P se normálně udržují na 500:5:1 pH v reaktoru se udržuje na 6,8 až 7,5 Optimální teplota v reaktoru pro mesofilní bakterie je 35 – 37°C Udržují se minimální množství mikroživin, zvláště Fe, Ca, Mg a Zn podle konkrétně používaného procesu Fyzikální ucpávání přívodního Odstranění pevných látek na sítech a primární vyčistění jsou potrubí reaktorů nezbytně nutné Přetížení Je potřebné dbát o to, aby původní projektové hodnoty hydraulického zatížení a zatížení pevnými a organickými látkami nepřekračovaly doporučení výrobce.

Tabulka 4.59: Běžné provozní problémy, přicházející v procesech biologického čistění [13, Environment Agency of England and Wales, 2000]

485

Kapitola 4 4.5.3.2.1 Anaerobní laguny (T19)

Anaerobní laguny jsou podobné aerobním (viz odst. 4.5.3.1.4) s tím rozdílem, že anaerobní laguny se nepromíchávají [145, M etcalf & Eddy, 1991]. M ohou vyvolávat problémy se zápachem, způsobené emisemi sirovodíku [208, CIAA-AAC-UFE, 2003] V odvětví nealkoholických a alkoholických nápojů se uvádí, že anaerobní laguny jsou hlubší než 2 metry. 4.5.3.2.2 Anaerobní kontaktní procesy (T20)

Popis Anaerobní kontaktní proces lze připodobnit aerobnímu procesu s aktivovaným kalem, protože oddělování a recirkulace biomasy již jsou zahrnuty do konstrukce. Nevyčistěná odpadní voda se směšuje s recyklovanými pevnými látkami kalu a potom vyhnívá v reaktoru, uzavřeného pro přístup vzduchu. Dosažené ekologické přínosy Snížené úrovně BSK a ChSK. Provozní údaje V porovnání s vysokovýkonnými procesy UASB (viz odst. 4.5.3.2.4) a s expandovaným a fluidním ložem (viz odst. 4.5.3.2.7) kontaktní stabilizační procesy nevytvářejí tak vysoké koncentrace biomasy v reaktoru a jsou tudíž vedeny při poměrně 3 nižších prostorových zatíženích (obvykle kolem 5 kg ChSK/m .den). Jejich hlavní výhoda však záleží v poměrně bezproblémovém provozu a zejména v tom, že nemají problémy s ucpáváním Použitelnost Široce použitelné v závodech FDM s odpadní vodou obsahující koncentrované rozpustné odpady. Příklady výroben Používají se v průmyslu masa a v cukrovarnictví. Literatura [13, Environment Agency of England and Wales, 2000, 145, M etcalf & Eddy, 1991] 4.5.3.2.3 Anaerobní filtry (T21)

Popis V anaerobním filtru je růst anaerobních bakterií veden na materiálu náplně. Náplň zadržuje biomasu v reaktoru a také pomáhá oddělovat plyn od kapalné fáze. Systém může být provozován v režimu sestupného nebo vzestupného toku. Dosažené ekologické přínosy Snížené úrovně BSK a ChSK a stabilizace odpadu Provozní údaje Protože jsou bakterie zakotveny na nosiči (náplni) a nevypírají se odpadní vodou, může se dosáhnout průměrná doba zdržení buněk v řádu stovek dnů.

486

Kapitola 4 Použitelnost Vhodné pro čistění silně znečistěných odpadních vod s ChSK v rozsahu 10000 – 70000 mg/l. Literatura [1, CIAA, 2002, 13, Environment Agency of England and Wales, 2000, 1, CIAA, 2002, 65, Germany, 2002, 145, M etcalf & Eddy, 1991]. 4.5.3.2.4 Anaerobní kalový mrak se vzes tupným tokem (UASB) (T22)

Popis V systému anaerobní kalové vrstvy („mraku“) s vzestupným tokem je odpadní voda přiváděna na dno reaktoru pro stejnoměrné rozdělení. Odpadní voda pak prochází vrstvou přirozeně vytvořených bakteriálních granulí s dobrými sedimentačními charakteristikami, takže se nedají snadno ze systému vyplavit. Bakterie provádějí anaerobní reakce a přirozená konvekce pak vynáší směs plynu, vyčistěné vody a granulí kalu k hornímu konci reaktoru. Pro oddělování konečné vyčistěné vody od pevné fáze (biomasy) a bioplynu slouží patentované systémy třífázového separátoru. Dosažené ekologické přínosy Snížené úrovně BSK a ChSK Provozní údaje 3 Uvádějí se zatížení až 60 kg ChSK/m a den, ale obvyklejší bývá zatížení 10 kg 3 ChSK/m a den při době zdržení (HRT) 4 hodiny. Tabulka 4.60 ukazuje uváděné výkony reaktoru UASB v pivovarnictví. Počáteční zatí žení (kg ChSK/m3 a den) Konečná úroveň BSK (mg/ml)

5 - 10

500 - 1000 Kal generovaný na kg odstraněného BSK 0,04 – 0,08 (SS/kg) Další čistění je nutné před vypuštěním odpadní vody s těmito koncentracemi do vodního recipientu.

Tabulka 4.60: Údaje o výkonnost reaktoru UAS B, uváděné pro pivovarnictví Jednou z nevýhod reaktoru UASB je citlivost této technologie na tuk. Hladina tuků v odpadní vodě musí být nižší, než 50 mg/l, jinak se poškodí proces. Na druhé straně, zvláštní výhodou procesu je produkce pelet. Ta umožňuje nejenom rychlou reaktivaci po několikaměsíční přestávce v provozu, ale také prodej přebytečných kalových pelet, např. pro naočkování nových systémů. Použitelnost Tento proces je zvláště vhodný pro odpadní vody s nízkým obsahem pevných látek a poměrně nízkou úrovní znečistění (ChSK do 2000 mg/l) a v případě malé povrchové plochy. Reaktory s kalovým ložem jsou v současnosti nejrozšířenější reaktory v sektoru FDM .

487

Kapitola 4 Příklady výroben Používá se v masném průmyslu, průmyslu ovoce a zeleniny, v pivovarech a ve škrobárenství a cukrovarnictví. Literatura [13, Environment Agency of England and Wales, 2000, 136, CBM C – The Brewers of Europe, 2002, 208, CIAA-AAC-UFR, 2003]. 4.5.3.2.5 Reaktory s vnitřní cirkulací (IC) (T23)

Popis Existuje zvláštní uspořádání procesu UASB (viz odst. 4.5.3.2.4), tzv. reaktor IC (reaktor s vnitřní cirkulací), v němž mohou být dvě sekce reaktoru UASB postaveny nad sebou, jedna pracuje s velkým a druhá s malým zatížením. Bioplyn shromážděný v prvním stupni je hnacím prvkem vzestupného proudění („vylehčuje“ sloupec vody – pozn. překl.), které má za následek vnitřní cirkulaci odpadní vody a kalu, od níž má proces název. Dosažené ekologické přínosy Snížené úrovně BSK a ChSK Provozní údaje Jednou z hlavních výhod IC reaktoru je, že může být do určité míry řízen „samoregulaci“ bez ohledu na změny v nátoku a zatížení. Jak zatížení roste, roste také množství tvořícího se methanu a dále zvyšuje míru recirkulace a tudíž i zřeďování vstupující zátěže. Typické hodnoty zatížení jsou pro tento proces v pásmu 15 až 35 kg 3 ChSK/m .den Použitelnost Technologie široce použitelná v sektoru FDM . Literatura [13, Environment Agency of England and Wales, 2000]. 4.5.3.2.6 Hybridní reaktory USAB (T24)

Popis „Hybridní proces“ je další variantou konvenčního UASB, která zařazuje nad hlavní prázdnou (tj. bez náplně) zónu s pevnou náplní. To umožňuje zachycovat a zadržovat negranulované bakterie, které by se v konvenčním reaktoru UASB z procesu ztrácely. Spodní kalová zóna funguje úplně stejně jako v konvenčním reaktoru UASB a zabezpečuje většinu biologického odbourávání organického materiálu. Úlohou mikroorganismů a náplně v zóně s náplní je zajistit určitou míru dočistění, držet biologické pevné podíly v zásobě a bránit vypírání biomasy z reaktoru. Dosažené ekologické přínosy Snížené úrovně BSK a ChSK Provozní údaje Anaerobní hybridy jsou velmi intenzivní systémy s typickou zátěží v oblasti 10 až 25 kg 3 ChSK/m .den 488

Kapitola 4 Použitelnost Technologie široce použitelná v sektoru FDM . Literatura [13, Environment Agency of England and Wales, 2000]. 4.5.3.2.7 Reaktory s fluidním a expandovaným ložem (T25)

Popis Tyto reaktory jsou podobné aerobním filtrům (viz odst. 4.5.3.2.3). Jestliže se částice a biomasa úplně smíchají, říká se procesu „fluidní lože“, kdežto částečně smíchaný systém je znám jako „expandované lože“. Dosažené ekologické přínosy Snížené úrovně BSK a ChSK a stabilizace odpadu Provozní údaje Pro dosažení vysokých objemových a časových výtěžků zhruba 15 - 35 kg ChSK z krychlového metru za den a vyšších je absolutně nezbytné plnit tyto methanové reaktory na co nestálejší, neměnný objem patřičně okyselené odpadní vody zbavené pevných podílů. Z tohoto důvodu se všechny průmyslové provozované systémy budují jako dvoustupňové, tj. se samostatným acidifikačním stupněm. V reaktoru s fluidním ložem je materiál nosiče neustále v pohybu při expanzi lože 50 % či více. M ateriál nosiče (obvykle písek, někdy pemza nebo plastové pelety) je udržován ve vznosu pomocí vysoké rychlosti recirkulace. Tato recirkulace musí být dostatečně silná, aby udržela materiál nosiče v suspenzi, ale musí se přitom dbát, aby nadměrná cirkulace nepůsobila oddělování biomasy od materiálu nosiče. Proces s expandovaným ložem také obsahuje nosné médium, často ne víc než písek nebo syntetické plasty. Často se používají lehké materiály, aby se na minimum snížily rychlosti vzestupného proudu, potřebné pro udržení lože ve vznosu. Velikost částic se obvykle pohybuje v mezích 0,3 až 1,0 mm. Použitelnost Tento proces je použitelný v závodech FDM , kde mají odpadní vody s nízkou úrovní znečistění (průměrná ChSK od 1500 do 3600 mg/l) Příklady výroben Používají se v cukrovarnictví. Literatura [13, Environment Agency of England and Wales, 2000, 65, Germany, 2002]. 4.5.3.2.8 Reaktory s expandovaným granulovaným kalovým ložem (EGSB) (T26)

Popis Reaktory EGSB používají granulovaný kal typu, který se nachází v reaktorech UASB (viz odst. 4.5.3.2.4), ale pracují s mnohem větší hloubkou granulovaného kalu a vyšší vzestupnou rychlostí vody. Vyhnívací nádrž používá recirkulovanou vyčistěnou vodu a je vybavena třífázovým separátorem (pevná fáze, kapalina, plyn).

489

Kapitola 4 Dosažené ekologické přínosy Snížené úrovně BSK a ChSK a dusíku. Snížené požadavky na odběr energie díky výrobě energie spalováním získávaného methanu v kogenerační (CHP) jednotce, např. v lihovaru zpracovávajícím melasu. Provozní údaje 3 Uvádějí zatížení až 30 kg ChSK/m .den. Vzestupná rychlost vody je obvykle 3 m/h, proti 1 m/h v UASB. Výchozí fáze uvádění do provozu a aklimatizace není u reaktorů EGSB dlouhá. 7 Tabulka 4.61 ukazuje uváděnou výkonnost reaktoru EGSB v pivovaru.

Počáteční zatí žení (kg ChSK/m3 a den) Konečná úroveň BSK (mg/ml)

5 - 10

500 - 1000 Kal generovaný na kg odstraněného BSK 0,04 – 0,08 (SS/kg) Další čistění je nutné před vypuštěním odpadní vody s těmito koncentracemi do vodního recipientu.

Tabulka 4.61: Údaje o výkonnosti reaktoru EGS B, uváděné pro pivovarnictví V příkladu lihovaru, zpracovávajícího melasu, reaktor EGSB zpracovává zkondenzované páry z kondenzační jednotky zařízení a předky z destilace a rektifikace. Reaktor snižuje zátěž ChSK a dusíku pro následující čistění v jednotce s aktivovaným kalem. Vyrobený plynný methan se spaluje v kogenerační jednotce a poskytuje teplo a elektřinu. Díky vysoké účinnosti reaktoru s biologickým ložem se produkují jen malá množství přebytečného aerobního kalu. V tomto příkladu se koncentrují v dekantéru a používají v zemědělství, nebo likvidují v komunální ČO V. Použitelnost Tento proces je dobře použitelný v závodech FDM . Důvody pro realizaci Snížení nákladů na čistění odpadních vod a spolehlivé plnění limitů pro vypouštěnou vodu. Příklady výroben Používá se v cukrovarnictví, výrobě nealkoholických i alkoholických nápojů a v pivovarech. Literatura [, 65, Germany, 2002, BSK, 136, CBM C – The Brewers of Europe, 2002].

4.5.3.3

Kombinované aerobní a anaerobní procesy

4.5.3.3.1 Membránové biologické reaktory (MBR) (T27)

Popis M embránové bioreaktory (M BR) jsou variantou konvenčních systémů s aktivovaným kalem, kde se do tělesa nádoby reaktoru vkládá několik membránových modulů či i „kazet“. Po biologickém vyčistění je směsná tekutina pod hydrostatickým tlakem přečerpána na membránovou jednotku, kde se oddělí pevné a kapalné podíly, čistý výtok se vypustí a koncentrovaná směsná tekutina se přečerpá nazpátek do bioreaktoru. 7

Tabulka 4.61 je zcela shodná s tabulkou 4.60 – pozn. překl. 490

Kapitola 4 Systém M BR může být provozován v aerobním nebo anaerobním režimu, čímž se zvětšuje spektrum chemikálií vhodných např. pro čistění membrán při biologickém čistění odpadních vod. Dosažené ekologické přínosy Snížené úrovně BSK a ChSK Vzájemné účinky médií Vyšší spotřeba energie, než u konvenčních aktivovaných kalů a další odpadní voda produkovaná při zanesení membrán. Provozní údaje M embránový biologický reaktor (M BR) pracuje ve velkém rozsahu zatížení, ale může dosáhnout řadou cest vyšší rychlosti čistění, např. zvýšený statický tlak, který zvyšuje množství rozpuštěného kyslíku, čímž podporuje přenos hmot; použití kyslíku namísto vzduchu a použití vícestupňového systému pro optimalizaci procesu. U aplikací s oleji a mazivy mohou být koncentrace v průmyslové odpadní vodě sníženy na méně než 15 mg/l. M BR poskytuje velmi účinné oddělení biomasy a umožňuje, aby koncentrace v předřazeném reaktoru byla až desetkrát vyšší, než je dosažitelné v konvenčních systémech s růstem v suspenzi. Při použití M BR nejsou potřebná žádná sekundární sedimentační zařízení a mohou se dosahovat hodnoty M LSS v širokém rozmezí (1217000 mg/L).Proudový diagram procesu M BR ukazuje obrázek 4.39.

Legenda: Air Biomass Recycle CLEAN WATER Contaminated Water Membrane Systém Nutrients and pH Control Suspended Growth Bioreactor

Vzduch Recy klace biomasy ČISTÁ VODA Kontaminovaná voda Membránový sy stém Živiny a regulace pH Bioreaktor s růstem v suspenzi

Obrázek 4.39: Zjednodušený proudový diagram systému membránového bioreaktoru [155, UBC Civil Engineering, 2003]

491

Kapitola 4 Spotřeba energie na čerpání může však být však významně vyšší, než u konvenčních aktivovaných kalů, může být ale snížena na minimum využitím gravitačního systému 3 přívodu odpadní vody. M lékárna v Irsku., uváděná jako příklad, vyčistí denně 9000 m odpadní vody na vysokou jakost, vhodnou pro vypuštění do lokální vodoteče, s použitím gravitačního nátoku, takže je proces méně náročný na energii. Významným problémem může být zanášení membrán. Pro zvládnutí a kontrolu nad tímto problémem se používá provzdušńování a zpětné promývání, což však může být zdrojem další odpadní vody. Pro drhnutí a čistění povrchů membrán a zabránění biologickému zanášení se používá DAF (viz odst. 4.5.2.6). Použitelnost M BR je použitelný ve všech závodech FDM. Tato technologie má výhodu malé prostorové náročnosti. Systém je ideální pro odpadní vody s vyšší koncentrací znečistění a menšími objemy. Je zvláště atraktivní v situacích, kdy se vyžaduje dlouhá doba zadržení pevných podílů pro dosažení nezbytného biologického odbourání znečisťujících látek. M imo to, mnohé proudy, jež obsahují nesnadno odbouratelné sloučeniny, např. fenoly, pesticidy, herbicidy a chlorovaná rozpouštědla a velké organické znečistění, mohou být čistěny pomocí M BR. Ekonomika Provozní náklady jsou vysoké. Příklady výroben M BR se používají v masném průmyslu, průmyslu ovoce a zeleniny, v mlékárnách a ve výrobě nealkoholických i alkoholických nápojů. Literatura [13, Environment Agency of England and Wales, 2000, 155, UBC Civil Engineering, 2003, 250, UK TWG, 2004]. 4.5.3.3.2 Vícestupňové systémy (T28)

Popis Různé aerobní a anaerobní procesy pro čistění odpadních vod mohou být uplatňovány samostatně nebo v kombinacích. Když se používají spojené do série (za sebou), taková technologie se pak nazývá vícestupňový systém. Čistění odpadní vody probíhá postupně v jednotlivých stupních, které jsou udržovány vzájemně oddělené pomocí samostatných kalových okruhů. Dosažené ekologické přínosy Snížené úrovně BSK a ChSK a opakované použití vody. Provozní údaje V průběhu aerobního čistění se obecně používají tyto kombinace procesů: • • • • • •

aktivovaný kal / aktivovaný kal biologická sprcha / biologická sprcha biologická sprcha / aktivovaný kal aktivovaný kal / biologická sprcha laguny / aktivovaný kal laguny / biologická sprcha

492

Kapitola 4 V masném průmyslu, v konzervárenském průmyslu a ve výrobě nealkoholických a alkoholických nápojů se může používat dvoustupňový biologický systém, v němž aerobní čistění následuje za anaerobním, pro dosažení jakosti odpadní vody, vhodné pro opakované použití nebo vypuštění do vodoteče. Použitelnost proces je použitelný v zařízeních FDM s odpadní vodou o vysoké koncentraci nečistot. Příklady výroben Používá se v masném průmyslu, průmyslu ovoce a zeleniny, ve výrobě nealkoholických a alkoholických nápojů, v tukovém průmyslu a škrobárenství.

4.5.4

Terciární čistění

Po sekundárním čistění může být potřebné další čistění, buď pro opakované použití vody v procesu nebo jako neplnohodnotné vody k úklidu, či pro splnění požadavků na vypouštění do vodního recipientu. Terciární čistění znamená každý proces, který se považuje za dokončovací („rafinační“), včetně, desinfekčních a sterilačních systémů. Terciárním čistěním se rozumí pokročilé zpracování odpadní vody pro odstranění složek, jež vyvolávají zvláštní obavy, včetně živin, nebezpečných a významně rizikových sloučenin nebo zbývajících suspendovaných pevných podílů a organických látek. Před vypouštěním do povrchových vod v citlivých oblastech musí být odstraněny rostlinné živiny, tj. dusík a fosfor [209, EC, 1991]. Při volbě vhodné strategie regulace obsahu živin je důležité posoudit: • • • •

charakteristiky nečistěné odpadní vody druh komunální ČO V, která bude použita potřebnou úroveň regulace (tj. snížení) živin potřebu sezónního nebo celoročního odstraňování živin.

4.5.4.1

Biologická nitrifikace a denitrifikace (T29)

Popis Tato technologie je variantou procesu s aktivovaným kalem. V tomto odstavci popisujeme čtyři druhy procesů. Při předem prováděné denitrifikaci příchozí odpadní voda nejprve vstoupí do denitrifikační nádrže. Amoniakální dusík projde nádrží nezměněn, kdežto organický dusík se částečně hydrolyzuje na amoniakální dusík. V následující nitrifikační nádrži se hydrolýza dokončí a zejména amoniak se mění na dusičnan (nitrifikuje se). Vzniklý dusičnan se vratným kalem a intenzivní recirkulací dopravuje z ústí nitrifikační nádrže do denitrifikační nádrže, kde se redukuje na dusík. V systému se simultánní denitrifikací se cíleně vytvářejí aerobní a anoxické zóny regulací přívodu kyslíku do nádrže. Simultánní denitrifikační systémy se většinou konstruují jako cirkulační nádrže nebo karuselové nádrže. Při vložené denitrifikaci se plně míchané nádrže s aktivovaným kalem periodicky provzdušňují. V nádrži s aktivovaným kalem probíhají aerobní a anoxické procesy po sobě v téže nádrži. Rozsah nitrifikace a denitrifikace lze značné míry přizpůsobit podmínkám přívodu změnami provozních časů. 493

Kapitola 4 Při kaskádové denitrifikaci je několik oddělení nádrže, sestávajících z anoxických a aerobních stupňů (předem prováděné denitrifikace), uspořádáno za sebou bez vložené sedimentace. Nevyčistěná voda se vede do první kaskády, aby se zajistilo optimální využití substrátu, přítomného v odpadní vodě. Vratný proud kalu je uváděn do první nádrže. V tomto uspořádání neexistuje potřeba vnitřní recirkulace uvnitř jednotlivých stupňů. Dosažené ekologické přínosy Snižují se hladiny dusíku a šetří se energie. Provozní údaje Tato technologie má vysokou potenciální účinnost odstraňování, vysokou stabilitu procesu a spolehlivost, poměrně snadnou regulaci procesu a náročnost na prostor. Uvádí se, že ve škrobárenství dochází k nitrifikační a denitrifikační reakci v anoxickém prostředí, které lze vytvořit buď postupným provzdušńováním nádrže s aktivovaným kalem nebo v samostatné anoxické zóně. Odstraňování dusíku se provádí pomocí předem provedené denitrifikace. Použitelnost Technologie je použitelná v závodech FDM , jejichž odpadní vody obsahují dusík. Ekonomika Náklady jsou středně vysoké. Příklady výroben Používá se v průmyslu ovoce a zeleniny a ve škrobárnách. Literatura [31, VITO et al., 2001, 65, Germany, 2002, 145, M etcalf & Eddy, 1991]. 4.5.4.2

Vyhánění amoniaku (T30)

Popis Kromě biologických procesů, které jsou zčásti stručně popsány shora, je k dispozici několik fyzikálně-chemických procesů pro čistění toků odpadních vod, které jsou zatíženy dusíkem. V potravinářském průmyslu se kondenzát s vysokou koncentrací amoniaku zbavuje amoniaku ve dvoustupňovém systému. Systém se skládá z desorpční a absorpční kolony, které mají náplň, aby se zvětšil styčný povrch mezi vodou a vzduchem. + Desorpční kolona se plní shora zalkalizovaným kondenzátem, aby se rovnováha NH NH3 posunula směrem k NH3, který postupně kape ke dnu kolony. Současně se do spodní části vhání vzduch. Přestup amoniaku z vodné do plynné fáze proto probíhá v protiproudu.

Vzduch obohacený amoniakem potom přechází do adsorpční kolony, kde se z tohoto vzduchu amoniak vypírá kyselým roztokem síranu amonného (asi 40%), přičemž roztok v desorpční koloně cirkuluje. Vzduch, který je nyní zbaven amoniaku, se nakonec znovu použije pro vyhánění amoniaku. Kondenzát, který má po vyhnání amoniaku nízký obsah amoniaku, se částečně znovu použije jako užitková voda a zbylý přebytek kondenzátu se odvede do procesu aerobního biologického čistění. Technologie je shrnuta na obrázku 4.40. 494

Kapitola 4

Legenda: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Vstupní voda Nádrž na kondenzát Čerpadla Směšování Desorpční kolona Výtok

7. 8. 9. 7. 8. 9.

Vzduchový okruh Ventilátory Absorpční kolona Vzduchový okruh Ventilátory Absorpční kolona

13. 14. 15. 16. 17.

Čerpadlo pro roztok amonných solí Dávkování alkálie Výměník tepla Nádrž na roztok amonných solí Dávkování ky seliny

Obrázek 4.40: Proudový diagram procesu vyhánění amoniaku Dosažené ekologické přínosy Snížené hladiny dusíku. M éně odpadu, tj. roztok síranu amonného (NH4)2SO4, který v tomto procesu vzniká, může být použit jako kapalné hnojivo nebo nebílkovinný zdroj dusíku pro krmení přežvýkavců. Voda se použije znovu jako užitková, tj. použije se znovu kondenzát, který má nízký obsah amoniaku. Provozní údaje Ve výtoku se dosahují koncentrace amoniaku nižší, než 2 mg/l. To odpovídá účinnosti asi 99 % (viz tabulku 4.80). Následující tabulka uvádí příklad projektových parametrů pro vyhánění amoniaku při zpracování kondenzátu, který vzniká v cukrovarnictví. Parametr Prostup vody Koncentrace amoniaku v kondenzátu Koncentrace amoniaku ve výtoku (při 55 °C) Spotřeba vzduchu Spotřeba energie

Jednotky m3 /h mg/l mg/l

Hodnota 400 150 1,7

Nm3 /h kW

320 000 300

Tabulka 4.62: Typické provozní a výkonové údaje anaerobních procesů používaných pro čistění průmyslových odpadů 495

Kapitola 4 Použitelnost Technicky se proces vyhánění amoniaku osvědčil pro toky vody s vysokými koncentracemi amoniaku. Ekonomika Znovu lze použít jak kondenzát s nízkým obsahem amoniaku, tak roztok síranu amonného. Důvody pro realizaci Koncentrace amoniaku v odpadní vodě jsou normálně regulovány právními předpisy pro jeho toxický účinek na ekosystém vodního recipientu. Literatura [65, Germany, 2002]. 4.5.4.3

Odstraňování fosforu biologickými metodami (T31)

Popis Průmyslové odpadní vody z potravinářských výrob mohou obsahovat významná množství fosforu, jestliže používané čistící a úklidové prostředky obsahují fosforečnanové složky. V konvenčním procesu čistění odpadních vod lze odstranit asi 10 – 25 % fosforu při primárním a sekundárním čistění. Jestliže je potřebné další odstranění, mohou se použít také biologické metody čistění. Biologické metody čistění jsou založeny na „vystresování“ mikroorganismů v kalu tak, že přijímají více fosforu, než normálně potřebují pro svůj buněčný růst. Patentovaný proces A/O pro odstraňování fosforu v hlavním proudu se používá pro oxidaci uhlíku spojenou s odstraňováním fosforu z odpadní vody. Tento proces systém růstu jednoho suspendovaného kalu, který kombinuje po sobě jdoucí anaerobní a aerobní sekce. V patentovaném procesu phostrip pro odstraňování fosforu ve vedlejším proudu se část procesu s vratným aktivovaným kalem odvádí do nádrže pro anaerobní odstranění fosforu. Provozní údaje Účinnosti odstranění různých systémů jsou shrnuty v následující tabulce 4.63. Čistící operace nebo proces Primární čistění Srážení (viz odst. 4.5.2.9) Aktivovaný kal (viz odst. 4.5.3.1.1) Biologická sprcha (viz odst. 4.5.3.1.5) RBC (viz odst. 4.5.3.1.7) Biologické odstraňování fosforu Adsorpce na aktivním uhlí (viz odst. 4.5.4.4) Filtrace (viz odst. 4.5.4.5) Reverzní osmóza (viz odst. 4.5.4.6)

Odstranění fosforu vstoupivšího do systému (%) 10 – 20 70 - 90 10 – 25 8 – 12 8 – 12 70 – 90 10 - 30 20 – 50 90 – 100

Tabulka 4.63: Účinnosti odstraňování fosforu u různých procesů čistění odpadních vod Uvádí se, že se biologické čistění hůře zvládá než srážení.

496

Kapitola 4 Použitelnost Technologie je použitelná v závodech FDM , jejichž odpadní vody obsahují fosfor. Příklady výroben Používá se v průmyslu ovoce a zeleniny. Literatura [31, VITO et al., 2001, 145, M etcalf & Eddy, 1991]. 4.5.4.4

Odstraňování nebezpečných a významně rizikových látek (T32)

Popis V průmyslových odpadních vodách se mohou objevit organická rozpouštědla, pesticidy a toxické organické či anorganické chemikálie. Směrnice 76/464/EHS o znečistění, působeném některými nebezpečnými látkami, vypouštěnými do vodního prostředí a jí příbuzné směrnice zavedly Seznam I „zvláště nebezpečných“ a Seznam II „méně nebezpečných“ skupin látek na základě jejich toxicity, persistence (přetrvávání) a bioakumulace. Směrnice 2000/60/ES ze dne 23. října 2000 [207, EC, 2000] stanoví rámec pro zásahy Společenství v oblasti cílů vodohospodářské politiky pro dosažení eliminace významně rizikových látek. Tato směrnice stanoví, že znečisťování působené vypouštěním, emisemi nebo ztrátou významně rizikových látek musí být ukončeno nebo postupně ukončeno. Evropský parlament a Rada na návrh Komise se dohodly na látkách, které se zváží pro zásah jako prioritní a na konkrétních opatřeních, která je třeba přijmout proti znečisťování vody těmito látkami. Odstraňování mnoha složitých organických a anorganických sloučenin může být realizováno vhodným použitím sedimentace (viz odst. 4.5.2.5), srážení (viz odst. 4.5.2.9), filtrace (viz odst. 4.5.4.5), a membránové filtrace (viz odst. 4.5.4.6). Další odstraňování lze provádět terciárním čistěním, jako je adsorpce na aktivním uhlí a chemické oxidace. Adsorpce na uhlíku („aktivním uhlí“) je pokročilá metoda čistění odpadních vod. Filtry s granulovaným médiem jsou obecně používány jako předřazené adsorbérům s aktivním uhlím, mají-li se odstraňovat organické rozpustné látky, související s SS, přítomnými v sekundárním výtoku. Používá se jak granulované, tak práškové aktivní uhlí a jak se zdá, má nízkou afinitu k nízkomolekulárním polárním organickým sloučeninám. Granulované aktivní uhlí (GAC) se používá pro odstraňování některých chemikálií, příchutí a pachů. GAC adsorbuje znečisťující látky na povrchu aktivního uhlí vně i uvnitř granulí. Chemickou oxidaci lze používat pro odstraňování amoniaku, pro snížení koncentrace zbytkových organických látek a snížení obsahu bakterií a virů v odpadních vodách. K používaným oxidačním činidlům patří chlor, oxid chloričitý a ozón. Dosažené ekologické přínosy Snížené hladiny nebezpečných a významně rizikových látek, BSK a ChSK a fosforu. Desinfekce odpadní vody, používá-li se chemická oxidace. Vzájemné účinky médií Produkce odpadu

497

Kapitola 4 Provozní údaje Používá-li se adsorpce na aktivním uhlí, vysoké koncentrace SS v nátoku vytvářejí usazeniny na granulích uhlí, což má za následek tlakovou ztrátu, vytvoření kanálků pro tok nebo zanášení a ztrátu adsorpční schopnosti. Výkonnost uhlíkových filtrů může nepříznivě ovlivňovat kolísání pH, teploty a průtoku. Pro adsorpci na aktivním uhlí se uvádí účinnost odstranění fosforu v rozmezí 10 – 30 %. Použitelnost Způsob je použitelný pro všechny závody FDM , jejichž odpadní vody obsahují nebezpečné a významně rizikové látky. Ekonomika Vysoké náklady na energii. Příklady výroben Adsorpce na uhlí se používá v masném průmyslu, průmyslu ovoce a zeleniny a v průmyslu nealkoholických a alkoholických nápojů. Literatura [31, VITO et al., 2001, 65, Germany, 2002, 145, M etcalf & Eddy, 1991]. 4.5.4.5

Filtrace (T33)

Popis Filtrace, např. pomalá filtrace, rychlá filtrace, filtrace na hlubokém loži, povrchová filtrace (mikrosítování), biologická filtrace a koagulační filtrace, může být použita jako dokončovací krok čistění odpadní vody pro odstranění pevných látek. Na rozdíl od sedimentace nebo flotace, filtrace nepotřebuje žádný rozdíl v hustot mezi částicemi a kapalinou. Oddělení částic od kapaliny se realizuje na rozdílu tlaků mezi oběma stranami filtru, který průchod vody filtrem umožňuje. Částice se zadrží na filtračním médiu. Filtry mohou být gravitační nebo tlakové. Podle povahy pevných látek může být přijatelný standardní pískový filtr, nebo filtr s dvojím filtračním médiem, např. písek / antracit. Nyní existuje několik trvale „samočistících“ pískových filtrů, které jsou dostupné na trhu a osvědčily se jako neobyčejně účinné při dočisťování suspendovaných pevných látek z finální odpadní vody. Dosažené ekologické přínosy Snížené hladiny SS a fosforu. Vzájemné účinky médií Produkce odpadu Provozní údaje V pivovarnictví se má používáním pískových filtrů dosahovat splnění přísnějších požadavků na odpadní vodu než 15 mg/l BSK a 20 – 30 mg/l SS. Pískové filtry se používají pro odstranění SS, protože rozpustná BSK je po prodlouženém aerobním zpracování velmi nízká. Pro filtraci se uvádí účinnost odstranění fosforu v rozmezí 20 – 50 %. Použitelnost Způsob je použitelný pro všechny závody FDM , které musí dosáhnout nízké hodnoty emisí SS. 498

Kapitola 4 Příklady výroben Filtrace se používá v masném průmyslu, průmyslu ovoce a zeleniny, v pivovarech a v průmyslu nápojů a tukovém průmyslu. Literatura [1, CIAA, 2002, 13, Environment Agency of England and Wales, 2000, 65, Germany, 2002, 136, CBM C – The Brewers of Europe, 2002]. 4.5.4.6 Membránové filtrace (T34) Popis M embránové filtrační procesy používají k dosažení selektivního oddělování polopropustné membrány pod tlakem. Většinou je selektivita dána označením, vztahujícím se na velikost pórů. Jestliže se mají odstraňovat sraženiny nebo suspendované materiály, bývá velikost pórů membrány poměrně velká nebo velmi malá pro odstraňování anorganických solí nebo organických molekul. Za provozu proudí roztok přes membránu, a čistá voda proniká membránou, přičemž znečisťující látky a část přivedené kapaliny zůstávají v roztoku. Čistá či vyčistěná voda se nazývá permeát či tok vody - produktu, kdežto proud obsahující znečisťující látky se nazývá koncentrát, solanka, anebo odpad. Mikrofiltrace s příčným tokem (CMF) používá membrány o velikosti pórů 0,1 až 1 mikrometr. Přívodní proud nevyžaduje žádné rozsáhlé předčistění, protože membrána je poměrně odolná proti zanášení a lze ji snadno čistit. Ultrafiltrace (UF) je podobná CM F, ale membrány pro UF mají menší póry (0,001 – 0.02 mikronu). M embrány pro UF s nejmenšími póry mají schopnost nepropustit molekuly o průměru větším, než 1 nm či nominální molekulové hmotnosti přesahující 2000. Aby se zabránilo zanášení membrán, může být potřebné určité předčistění. U většiny konstrukcí UF se nedoporučuje vnášení adsorbentů nebo flokulantů do přívodního proudu, protože mohou ucpat membránový modul. Reverzní osmóza (RO) má schopnost nepropouštět rozpuštěné organické a anorganické molekuly. Voda se odděluje od rozpuštěných solí filtrací přes semipermeabilní membránu tlakem vyšším, než je osmotický tlak vyvolávaný přítomností solí. Výhodou RO je, že rozpuštěné organické látky jsou oddělovány méně selektivně, než v jiných procesech. Vyčistěný roztok prochází membránou. Nanofiltrace (NF) je poměrně nová technologie spojující charakteristiky ultrafiltrace a reverzní osmózy s vysokou selektivitou. Její název je odvozen od přibližné hraniční velikosti částic, tj. několika nanometrů, přesněji molekulové hmotnosti 200 až 1000. Dělení se dosahuje na speciálních nanofiltračních membránách, které sice ještě mají póry definovaných rozměrů, ale jejich zadržovací (retenční) schopnost závisí na elektrostatickém náboji molekul, které se mají oddělit. Tyto membrány se vyznačují selektivní propustností pro minerály, tj. vysokou propustností pro jednomocné kationy a aniony, a nižší propustností pro dvojmocné kationy. Nanofiltrační systémy se provozují na středních tlakových spádech od 1 do 5 M Pa. Elektrodialýza umožňuje, na rozdíl od hydraulických sil, oddělování iontů, při němž je hnací silou elektrické pole. Používané membrány jsou přizpůsobeny tak, že jsou iontově selektivní (pro kationy a aniony). Pro zhotovení kompletní elektrodialyzační jednotky je potřebná řada komůrek. Chemickému srážení solí na povrchu membrány a zanášení zbytkovými organickými koloidy lze zabránit předčistěním odpadní vody aktivním uhlím, chemickým srážením nebo nějakým druhem filtrace přes více filtračních médií. 499

Kapitola 4 Dosažené ekologické přínosy Snižují se hladiny suspendovaných, koloidních a rozpuštěných pevných látek. Snižují se také hladiny fosforu, např. pomoci RO. Koncentrace proudů odpadní vody pro snížení objemů před dalším zpracováním či likvidacím např. koncentrace zředěného odpadu na koncentrace, vhodné pro opakované použití. M ožné zpětné získávání složek/materiálů u zdroje. Regenerace vody pro opakované použití. Vzájemné účinky médií M ůže se produkovat další odpadní voda. Provozní údaje Při použití membrán mohou vznikat problémy způsobené zanášením membrán a polarizací gelu. atd. Průtoky na membránách jsou poměrně malé, což znamená, že jsou na zpětné získávání materiálů potřebné velké plochy membrán. Pomocí systémů UF je možné regenerovat až 90-95 % přívodu jako vodu-produkt. Pro systémy RO se uvádí účinnost odstranění fosforu 90 – 100 %. RO-membrány se snadno ucpávájí a mohou vyžadovat rozsáhlé předčistění. Oxidační činidla, které mohou napadat membránu, a prachové materiály, olej, tuk a další materiály, které mohou způsobit tvorbu tenké vrstvy nebo kamene, musí být předčistěním odstraněny, nebo se membrána musí pravidelně čistit. Proudy produktu RO mají normálně velmi vysokou jakost a jsou vhodné pro opakované použití ve výrobním procesu. Standardní praxí je proud odpadu likvidovat nebo pro koncentrovanou solanku použít vhodné čistění. M íra regenerace, jakou lze dosáhnout a potřebný provozní tlak jsou závislé na druhu rozpuštěných pevných látek a jejich koncentraci. Použitelnost Technologie CM F je použitelná pro odstraňování bakterií a kontaminantů z přiváděných toků, ale nepoužitelná pro účinné vyčistění od pesticidů, pokud účinné složky nejsou relativně nerozpustné, nebo navázané na suspendovaný materiál. V UK se CM F používá k odstraňování těžkých kovů z průmyslových odpadních vod. K aplikacím UF patří odstraňování oleje z odpadní vody a odstraňování zákalů z barevných koloidů. V rybném průmyslu se uvádí použití UF pro čistění odpadní vody z výroby rybí sekané, uvádí se také, že tato metoda není nákladově efektivní pro oddělování bílkovin z odpadní vody z rybí moučky. RO-membrány se používají pro odstraňování pesticidů, jejichž molekulové hmotnosti složek jsou větší než 200. Ekonomika Provozní náklady, spojené s používáním a čistěním membrán mohou být velmi vysoké. Také náklady na energii jsou vysoké. Příklady výroben Technologie se používá v masném a rybném průmyslu, průmyslu ovoce a zeleniny, v průmyslu nápojů a v tukovém průmyslu. Literatura [13, Environment Agency of England and Wales, 2000, 87, Ullmann, 2001, 134, AWARENET, 2002, 145, M etcalf & Eddy, 1991].

500

Kapitola 4 4.5.4.7

Biologické nitrifikační filtry (T35)

Amoniak se obvykle odstraňuje v sekundárním biologickém čistění prodloužením vyhnívání kalu, které umožní rozmnožení nitrifikačních bakterií. Je však také dosti běžné, že se instalují samostatné terciární biologické nitrifikační filtry. Jsou obvykle variantou standardních perkolačních biologických filtrů nebo intenzivních aerobních filtrů a mohou být zařazeny před čistírnu s aktivovaným kalem nebo před systémy se zakotvenou vrstvou. 4.5.4.8

Desinfekce a sterilizace (T36)

Technologie sterilace a desinfekce využívají všechny stejný základní princip, totiž že nepříznivě ovlivňují buněčnou strukturu bakterií a brání jejich dělením. Desinfekční prostředky používané ve výrobě FDM spadají do působnosti směrnice 98/8/ES [226, EC, 1998]. Posuzování účinků účinných látek desinfekčních činidel na životní prostředí a lidské zdraví bude zahájeno v r. 2007. Lze použít několik druhů zpracování. patří sem použití oxidačních biocidů, neoxidujících biocidů a UV záření. Pro desinfekci se také používá pára, pro hubení termorezistentních mikroorganismů. 4.5.4.8.1 Použití některých oxidačních biocidů

Popis Oxidační biocidy,fungují tak, zoxidují buněčnou stěnu a zabrání replikaci buněk. Využívají se silná oxidační činidla jako jsou chlor, brom, ozon a peroxid vodíku. Použití sloučenin chloru, např. plynného chloru, oxidu chloričitého, chlornanu sodného či vápenatého, se opírá o vznik kyseliny chlorné (která je aktivním biocidem) ve vodném roztoku. Biocidy založené na bromu se v průmyslových aplikacích stále více používají proto, že sloučeniny kyseliny bromné disociují při vyšším pH než odpovídající sloučeniny chloru. Ozon lze vyrábět ze vzduchu či čistého kyslíku, které se vedou štěrbinou mezi elektrodami pod vysokým napětím. Ozon se po svém vzniku rychle rozkládá, takže ve zpracovávané vodě nezůstávají žádné zbytkové chemikálie, ale má vysoký obsah rozpuštěného kyslíku. Ozon se používá také jako oxidační činidlo. Neoxidující biocidy chemicky mění strukturu buněk, aby zabránily jejich množení. Jsou v průmyslu FDM stále běžnější, patří k nim například kvartérní amoniové soli a formaldehyd a glutaraldehyd. Dosažené ekologické přínosy Opakované použití odpadní vody, dokonce jako pitné vody. Vzájemné účinky médií Při používání sloučenin chloru mohou organické sloučeniny přítomné v odpadní vodě reagovat s chlorem a tvořit toxické látky, např. chloraminy a jiné halogenované sloučeniny. M imo to, tato reakce může snižovat účinnou dávku chloru. Chlor může být také velmi agresivní vůči konstrukčním materiálům, včetně korozivzdorné oceli. Halogenované organické sloučeniny mohou poškozovat následné čistění odpadní vody biologickými prostředky poté co byla voda znovu použita. při používání ozonu mohou vznikat některé toxické, karcinogenní nebo mutagenní sloučeniny. Ozon dráždí dýchací cesty, takže je nutné regulovat expozici osob v pracovním prostředí. 501

Kapitola 4 Provozní údaje Ozonizace se provádí v hlubokých a krytých kontaktních komorách. Je účinná bez potřeby dalších chemikálií. Ozon se přirozeně rozkládá zpět na kyslík během několika hodin. V rybném průmyslu se ozon používá pro čistění různých proudů odpadních vod a uvádí se, že je nejúčinnější při zpracování zředěnějších odpadů. Pro koncentrovanější odpadní vody, např. z různých operací při zpracování olihní, lze ozonizaci používat jako dokončovací krok. Použitelnost Technologie je použitelná ve všech závodech FDM . Ekonomika Použití ozonu je spojeno se středně vysokými náklady. Používání ostatních biocidů má poměrně nízké investiční a provozní náklady.. Příklady výroben Technologie se používá v masném a rybném průmyslu, průmyslu zeleniny i ve výrobě alkoholických a nealkoholických nápojů. Literatura [1, CIAA, 2002, 13, Environment Agency of England and Wales, 2000, 17 Envirowise (UK) and M arch Consulting Group (UK), 1998, 66, EC, 1998, 134, AWARENET, 2002]. 4.5.4.8.2

UV zá ření

Popis Nejvýznamnějším pokrokem v desinfekční technice v posledních deseti letech je pravděpodobně používání UV záření. Ultrafialové záření s vlnovou délkou 254 nm je snadno absorbováno buněčným genetickým materiálem bakterií a virů a brání jejich rozmnožování. Dávky se měří v miliwattech na čtvereční centimetr, násobených dobou expozice v sekundách. Skutečná dávka závisí na transmitanci, tj. je ovlivněna přítomností jiných sloučenin, které také mohou absorbovat a snižovat účinnost UV záření v proudu odpadní vody. Dosažené ekologické přínosy Opakované použití odpadní vody, dokonce jako pitné vody. Vzájemné účinky médií Vody ošetřené UV zářením jsou náchylné k opakované infekci, takže je nutno je rychle a hygienicky použít. Provozní údaje K hlavním přednostem desinfekce U V zářením proti jiným technologiím patří, že se neskladují a nepoužívají žádné nebezpečné chemikálie a neexistují žádné nebezpečné vedlejší produkty. Na druhé straně, hlavní nevýhodou desinfekce UV zářením je, že bakterie či virus musí být v zóně „přímé viditelnosti" zářičem.

502

Kapitola 4 Každá nezanedbatelná koncentrace suspendovaných látek nebo zákal (a tudíž snížení propustnosti) ve skutečnosti odstíní bakterie a zabrání jejich desinfekci. Odpadní vody 8 obsahující sloučeniny s vysokou absorbancí vyžadují vyšší dávky UV záření. Stejně jako ozon, je UV záření instabilní (nelze je skladovat) a musí být generováno při používání. Použitelnost Technologie je použitelná ve všech závodech FDM . Ekonomika Poměrně nízké investiční a provozní náklady.. Příklady výroben Technologie se používá v masném a rybném průmyslu, průmyslu ovoce a zeleniny i ve výrobě alkoholických a nealkoholických nápojů. Literatura [1, CIAA, 2002, 13, Environment Agency of England and Wales, 2000, 66, EC, 1998, 134, AWARENET, 2002].

4.5.5

Přirozené čistění

V přirozeném prostředí probíhají biologické a fyzikálně-chemické procesy, když na sebe vzájemně působí voda, půda, rostliny, mikroorganismy a atmosféra. Systémy přirozeného čistění jsou určeny k tomu, aby se tyto procesy využívaly pro čistění odpadních vod. K dotčeným procesům patří mnohé z těch, které se používají v konvenčních systémech čistění odpadních vod, jako je sedimentace, filtrace, srážení a chemická oxidace, ale probíhají „přirozenou“ rychlostí [145, M etcalf & Eddy, 1991]. Jsou pomalejší, než konvenční systémy. Systémy založené na půdě využívají hlavně složité purifikační mechanismy půdních systémů a metabolismu plodin a jiné vegetace. Ve vodních systémech, jako jsou přirozené a uměle zřízené mokřiny či systémy vodních rostlin, vegetace poskytuje povrch pro růst bakterií. Přirozené čistění je v některých členských státech zakázáno zákonem kvůli obavám z nebezpečí pro spodní vody [182, Germany, 2003]. 4.5.5.1

Integrované vybudované mokřiny (ICW) (T37)

Popis ICW se odlišují od jiných technologií budovaných mokřin v tom, že jsou určeny k tomu, aby umožňovaly nejširší možný rozsah ekologických podmínek tak, jak existují v přírodních mokřinách, včetně půdní, vodní, rostlinné a živočišné ekologie. M imo to, koncepce ICW klade ve svých projektech důraz na dosažení „krajinné vhodnosti“ „obnovení a tvorbu přirozeného prostředí“. Důraz se klade na monitoring jakosti vody v mokřinách, okolních pozemcích a vodotečích. Pravidelně se kontrolují také strategicky rozmístěné monitorovací studně.

8

Zde je v originále chybně použit výraz „transmitance“ . Závislost transmitance (propustnosti pro záření) na přítomnosti dalších látek je nepřímá úměra– čím je vyšší koncentrace ostatních absorbujících látek, tím je transmitance, a tedy i účinnost UV na bakterie, nižší. Tak, jak je odstavec „Provozní údaje“ v originálu koncipován, má být místo výrazu transmitance použit výraz absorbance (pohltivost) – opraveno překladat elem. 503

Kapitola 4 Projekce ICW současně uplatňuje primární, sekundární a následné úrovně čistění ve svém „volném toku povrchové vody“. Toho se dosahuje výstavbou řady mělkých vzájemně propojených nádrží či lagun, osázených pestrou směsí druhů vodních rostlin. Odpadní voda přichází do nejvyššího bodu těchto lagun a samotíží protéká lagunami. Postupně uspořádané laguny jsou soběstačné jednotlivé ekosystémy. V každém stupni se dosahuje čistší úrovně odpadní vody. Vztah objemu odpadní vody k ploše mokřiny v celkovém projektu ICW určuje jakost na konci vytékající vody. Vegetace makrofytů, používaná v projektech ICW, plní řadu funkcí. Její primární funkcí je podpora biologické tenké vrstvy (slizů), která plní základní čistící funkce mokřiny. Umožňuje také sorpci živin a působí jako filtrační prostředek. Využitím vhodně se vyvíjející vegetace může regulovat pachy a pathogeny. Vedle toho, že vegetace má schopnost filtrovat suspendované pevné látky, zvyšuje také hydraulický odpor a prodlužuje tak dobu zadržení. Dosažené ekologické přínosy Snižují se koncentrace SS, BSK, ChSK, dusíku a fosforu. V porovnání s konvenčním čistěním se šetří energie. Snížené emise skleníkových plynů, nepoužívají se žádné chemikálie. Není potřebná žádná likvidace kalu. Systémy poskytují přirozené životní prostředí pro řadu živočichů a rostlin. M ohou být zdrojem místní pohody a vzdělávání. Stanoviště lze uvést do původního stavu. Vzájemné účinky médií Spodní voda, která proudí pod mokřinou, má nižší obsah živin, než okolní pozemní stanoviště. V půdě se drží fosfor. Provozní údaje Sýrárna v Irsku, použitá jako příklad, produkuje 85 tun sýrů denně z 800 000 litrů mléka a produkuje také 1300 m3 odpadní vody. Závod má ICW, zahrnující 8 hektarů lagun, jež zabírají 20 hektarů půdy. Mokřina zpracuje 1,1 milionu litrů odpadní vody denně. Odpadní voda se čerpá na mokřinu, vzdálenou asi půl míle od mlékárny, na její nejvyšší bod. Systém lagun postupně klesá podle terénu a čistění probíhá postupně s tím, jak voda protéká systémem. Tabulka 4.64 uvádí úrovně vod přitékajících a odtékajících ze systému. Místo odběru vzorku Přitékající odpadní voda Koncový kontrolní rybník

ChSK mg/l 3167 36,5

Celk. fosfor mg/l 212 0,5

Amoniak mg/l 12 0,05

Dusičnany mg/l 102 <1

Tabulka 4.64: Úrovně výkonnosti, uváděné pro ICW Použitelnost Technologii ICW je možné použít za nejrůznějších okolností, např. pro nízké i vysoké koncentrace kontaminantů a různá hydraulická zatížení, které se mohou během doby měnit. ICW lze vybudovat jako zcela nový objekt, nebo může tvořit součást již existující mokřiny, vodního prvku terénu nebo ČOV. Požadavky na pozemky, spojené 2 s ICW, mohou její použití omezit, např. požadavky na půdu mohou sahat od 10 m až k mnoha hektarům podle objemu produkované odpadní vody a charakteristik jejího znečistění.

504

Kapitola 4 Ekonomika Uvádí se, že v porovnání s konvenčním zařízením přístup ICW dovoluje úspory na provozních nákladech, nákladech na odpisy a investičních nákladech ve výši 0,03 EUR, 0,49 EUR a 0,46 EUR na kilogram ChSK (v uvedeném pořadí). Toto snížení je způsobeno hlavně sníženými náklady na energii, nepoužíváním chemikálií, žádnou produkcí a neskladováním kalů. Důvody pro realizaci Ekonomické úspory v závodě, uváděném jako příklad. Příklady výroben Několik statků, sýrárna (mlékárenství) a vesnická KČOV, vše v Irsku.. Literatura [204, Ireland, 2003].

4.5.6

Zpracování kalů

Tento oddíl se zabývá kalem z odpadních vod. Technologiemi pro využívání a likvidaci kalů z odpadních vod (čistírenských kalů) se tento dokument nezabývá. Volba zpracování kalu může být ovlivněna možnostmi využití a likvidace, které má k dispozici provozovatel. Patří mezi ně např. rozptylování na půdu (viz oddíl 4.1.6), likvidace na skládce, použití jako těsnící matriál, spalování, spalování s jiným materiálem (koincinerace), mokrá oxidace, pyrolýza, zplynování a vitrifikace. Investiční a provozní náklady spojené se zpracováním a likvidací kalu mohou být vysoké v porovnání s náklady na zbytek činností ČOV a proto stojí zato zvážit zpracování a likvidaci kalu již v počáteční fázi projektu. Ekologické právní předpisy stále omezují dostupné možnosti likvidace nebo výrazně zvyšují s tím spojené náklady. 4.5.6.1

Technologie zpracování čistírenských kalů

Technologie zpracování kalu se obecně používají buď ke snížení objemu produkovaných kalů pro likvidaci, nebo ke změně povahy kalu na formu vhodnou pro opakované použití nebo likvidaci. Snížení objemu kalu odvodněním lze obvykle provádět na místě, kdežto další zpracování kalu se obecně provádí jinde. Snížení objemu kalu na likvidaci vede ke snížení dopravních nákladů, a pokud se vyváží na skládku, ke snížení poplatků za přijetí na skládku [13, Environment A gency of England and Wales, 2000]. Níže se popisují technologie zpracování, normálně používané v sektoru FDM. 4.5.6.1.1 Úprava kalu (T38)

Popis Účelem úpravy („kondicionování“) kalu je zlepšit jeho charakteristiku tak, aby se snadněji zahušťoval nebo odvodňoval. Obecně se k tomu používá technologií chemických nebo tepelných. Chemická kondicionace pomáhá ve vydělení vázané a unášené vody zevnitř kalu. Tepelná kondicionace zahrnuje krátkodobý ohřev kalu pod tlakem.

505

Kapitola 4 Dosažené ekologické přínosy Snížení objemu kalu Ekonomika Náklady na chemikálie jsou obecně dosti vysoké. Literatura [145, M etcalf & Eddy, 1991]. 4.5.6.1.2 Stabilizace kalu (T39)

Popis Kaly se stabilizují chemickými, tepelnými, anaerobními a aerobními procesy pro zlepšení zahuštění nebo odvodnění a snížení zápachu a obsahu pathogenů. Dosažené ekologické přínosy Snížení nebo vyloučení množství páchnoucích složek, snížení množství biologicky odbouratelných pevných podílů v kalu, snížení množství biologicky odbouratelných rozpustných materiálů přeměnou mineralizovaného dusíku a organické hmoty na materiál bohatý na huminy, snížení obsahu pathogenů, snížení potenciálu pro zahnívání. Vzájemné účinky médií Tepelná stabilizace má vysoké požadavky na energii a může uvolňovat zápach. Aerobní stabilizace má také vysoké energetické požadavky na míchání a dodávku kyslíku. Provozní údaje Proces chemické stabilizace má nízké technické požadavky a může zlepšit pozdější odvodňování a snižuje pachy a pathogeny. Nicméně zvyšuje obsah pevných složek v kalu. Proces tepelné stabilizace má malé nároky na prostor a je to účinné zpracování pro odvodňování kalu a zničení bakterií. Jeho volba může záviset na tom, zda je teplo přirozené, regenerované jako vedlejší produkt z nějakého procesu provozovaného v závodě, nebo zda je nutná přímá spotřeba energie. Proces aerobní stabilizace poskytuje nepáchnoucí kal a má relativně snadný provoz a obsluhu, podobně jako biologicky stabilizovaný kal. Nicméně, proces je významně ovlivňován teplotou a kal má špatné charakteristiky pro mechanické odvodňování. Proces anaerobní stabilizace produkuje plyn, což je zdroj energie. Tato technologie se vyznačuje dlouhou dobou zdržení a dobrou mineralizací kalu. Použitelnost Technologie je použitelná ve všech závodech FDM , produkujících kal. Ekonomika Tepelná a anaerobní stabilizace má vysoké investiční náklady. Aerobní stabilizace má nízké investiční náklady. Literatura [1, CIAA, 2002, 13, Environment Agency of England and Wales, 2000, 65, Germany, 2002, 145, M etcalf & Eddy, 1991].

506

Kapitola 4 4.5.6.1.3

Zahušťování kalu (T40)

Popis Zahušťování kalu je postup, používaný pro zvýšení obsahu pevných látek v kalu odstraněním části kapalné frakce. M ezi technologie obecně používané pro zahušťování kalu patří sedimentace, odstřeďování a DAF. Nejjednodušší technologií zahušťování je ponechat kal zahustit v sedimentační kalové nádrži. Zahušťování kalu je použitelné jak pro kal ze sekundárního biologického čistění, tak pro kal z primárního čistění. Kal z primárního čistění se skládá hlavně z anorganických materiálů nebo primárních organických pevných látek. Jsou schopny se usadit a zhutnit obecně bez pomoci chemikálií. Proto není voda v kalu nadměrně zadržována. Voda z kalu ze sekundárního čistění je vázána uvnitř vloček a je tudíž obecně obtížnější ji odstranit. Dosažené ekologické přínosy Zmenšení objemu kalu Vzájemné účinky médií Při použití DAF je možná produkce pachů. S použitím odstředivek je spojena vysoká spotřeba energie, hluk a vibrace. Provozní údaje Kaly, které se odebírají ode dna primárních a sekundárních sedimentačních nádrží, mívají zpravidla obsah sušiny kolem 0,5 – 1 %, přičemž poněkud vyšší hodnoty (až 4 % pevných podílů) se dosahují při flotaci rozpuštěným vzduchem. Při použití DAF je systém udržován aerobní. Uvádějí se případy ucpávání. Účinnost procesu zahušťování v sedimentačním procesu je ovlivněna výškou vrstvy kalu a nikoli objemem kapaliny nad ním. Proto je vysoká a úzká nádrž účinnější, než nízká nádrž s velkým povrchem. Tato technologie má malou spotřebu energie. Podle modelu odstraňování primárního kalu je třeba uvážit použití dvou nádrží, což umožní klidnou sedimentaci v jedné nádrži, kdežto druhá je v cyklu plnění. Pokud to není možné, upraví se vtok kalu tak, aby byl v blízkosti horního okraje nádrže, možná na nějaké přepážce, se snížilo na minimum rušení usazování. Doba zdržení v nádrži bude záviset na povaze kalu. Je nutno se vyhýbat nadměrně dlouhým dobám zdržení, aby se na minimum snížila možnost vzniku anaerobních podmínek s následnými problémy se zápachem a korozí. V nádrži musí být možné opatrné míchání. Nejběžněji se k tomu používá míchadlo ve tvaru hřebla, které v nádrži pomáhá omezovat stratifikaci kalu a uvolňovat plyny a vodu, zachycené do kalu. Konvenční zahušťovací usazovák s hřebly je schopen zahustit kal až na 4 – 8 % sušiny, opět v závislosti na povaze surového kalu a zejména na relativním obsahu primárního kalu. Rychlosti přidávání do zahušťovací nádrže se 3 pohybují v rozmezí 20 – 30 m přítoku na čtvereční metr hladiny a den. Odstřeďování umožňuje dobré zachycení pevných podílů, které lze obtížně odfiltrovat, má malé požadavky na prostor, snadno se instaluje, ale dosahuje se jím nízké koncentrace pevných látek v koláči. M á vysokou spotřebu energie a vyžaduje zručný a školený personál pro údržbu. Pro mnohé závody stačí samotné zahuštění kalu ke snížení objemu na úroveň, která umožní likvidaci mimo závod s dostatečnou nákladovou efektivností. Pro větší závody je proces zahušťování prvním krokem před dalším odvodňováním. 507

Kapitola 4 Použitelnost Technologie je použitelná ve všech závodech FDM , produkujících kal. Ekonomika Snížení nákladů na čerpání ve velkých ČOV. Sedimentační zahušťování má nízké provozní náklady. Důvody pro realizaci Technologie je použitelná ve všech závodech FDM , produkujících kal. Literatura [1, CIAA, 2002, 13, Environment Agency of England and Wales, 2000, 65, Germany, 2002, 145, M etcalf & Eddy, 1991]. 4.5.6.1.4 Odvodňování kalu (T41)

Popis Cíl odvodňování kalu je stejný jako u zahušťování (viz odst. 4.5.6.1.3), s tím rozdílem, že obsah pevných látek je mnohem vyšší. Existuje řada procesů odvodňování kalu a jejich výběr zpravidla závisí na povaze a četnosti výskytu produkovaných pevných podílů a na tom, jaký kalový koláč se požaduje. K technice, která se běžně používá pro odvodňování kalu, patří odstředivky, pásové filtrační lisy, kalolisy a vakuové filtry. Dosažené ekologické přínosy Zmenšení objemu kalu Vzájemné účinky médií Vysoká spotřeba energie, hluk a vibrace spojené s odstřeďováním, i když existují rozdíly podle otáček a intenzity jednotlivých operací. Provozní údaje Odstředění je nepřetržitý proces, kterým se z některých kalů získává koláč s obsahem až 40 % sušiny. Pro „uzavřený“ charakter odstředivky bývají související problémy se zápachem jen minimální. M imo to, odstřeďování zajišťuje dobré zachycení pevných podílů, které lze obtížně odfiltrovat, má malé požadavky na prostor, snadno se instaluje, ale dosahuje se jím nízké koncentrace pevných látek v koláči. M á však vysokou spotřebu energie a vyžaduje zručný a školený personál pro údržbu. Kalolisy pracují v šaržovém režimu a mohou být náročné na manuální práci. Desky jsou potaženy vhodnou filtrační tkaninou (plachetkou) a kal se přivádí do dutiny desky. Kal se zbavuje vody pod tlakem a filtrát prochází plachetkou. Potom se tlak uvolní, kalolis se rozebere, koláč se manuálně vybere nebo se použije automatický vytřásací mechanismus. Kalolis produkuje koláč s obsahem až 40 % sušiny. Filtrát může mít nízký obsah SS. Nevýhodou této technologie je, že to je v zásadě šaržový proces a že plachetky mají omezenou životnost. Pásové lisy a vakuové filtry pracují v kontinuálním režimu; v němž filtrační látka nepřetržitě prochází mezi válci, které z kalu vodu vytlačují. Optimalizace výkonu je podmíněna pravidelnou a odbornou údržbou. Pásový lis může dodávat koláč až s 35 % sušiny. Náklady na chemikálie jsou obecně dosti vysoké. Pásové lisy mají vysokou odvodňovací účinnost a poměrně snadnou údržbu. K jejich nevýhodám patří hydraulická omezení, krátká životnost a citlivost charakteristiky přívodu kalu.

508

Kapitola 4 Vakuové filtry jsou složité systémy s maximální tlakovou diferencí 1 baru. Filtráty mohou mít vysoký obsah SS. Použitelnost Technologie je použitelná ve všech závodech FDM , produkujících kal. Ekonomika Kal, který má přes 10 % sušiny, se obtížně a nákladně čerpá. Odvodňování produkuje kalový „koláč“, který může mít 20 až 50 % sušiny. Náklady na likvidací klesají se snižováním obsahu vody. Kalolisy mají vysoké náklady na pracovní síly. Vakuové filtry mají vysoké provozní náklady a náklady na údržbu. Důvody pro realizaci Snížení nákladů na likvidaci. Literatura [1, CIAA, 2002, 65, Germany, 2002, 199, Finland, 2003]. 4.5.6.1.5 Sušení kalu (T42)

Popis Sušení kalu je technologie, která provádí snížení obsahu vody odpařením vody do atmosféry. Účelem sušení je odstranit vlhkost z mokrého kalu,takže může být účinně likvidován. Dosažené ekologické přínosy Zmenšení objemu kalu Provozní údaje Obsah vlhkosti v suchém kalu může být velmi nízký, až 10 %. Sušení se může provést přirozeným odparem, kde to umožňují místní podmínky počasí a klimatu, nebo regenerovaným teplem ze závodu, či přímou spotřebou energie. Literatura [145, M etcalf & Eddy, 1991].

4.5.7

Čistění odpadních vod v různých oborech

Tento oddíl poskytuje informace o čistění odpadních vod v konkrétních oborech a v jednotlivých kategoriích těchto oborů. 4.5.7.1 Maso a drůbež 4.5.7.1.1 Čistění odpadní vody

Odpadní voda ze zpracování masa se čistí těmito technologiemi primárního čistění: • • • • •

mechanickým čistěním (česle, rošty, síta, viz odstavec 4.5.2.1) lapači tuku (viz odstavec 4.5.2.2) vyrovnáváním průtoku a zatížení (viz odstavec 4.5.2.3) DAF (viz odstavec 4.5.2.6) odkláněcí nádrží (viz odstavec 4.5.2.7).

509

Kapitola 4 Po primárním vyčistění mohou být požadovány další stupně, buď pro dosažení potřebné jakosti vypouštěné vody nebo pro snížení poplatků za průmyslovou odpadní vodu na minimum. Pro toky odpadní vody s vyšší koncentrací BSK než 1000 – 1500 mg/l lze použít anaerobní proces (viz odstavec 4.5.3.2). Lze vypouštět konečnou odpadní vodu z anaerobního procesu, případně po povrchovém provzdušnění. Pro toky odpadní vody o nižších koncentracích se používá aerobní čistění (viz odstavec 4.5.3.1). Dvoustupňovým biologickým systémem (viz odstavec 4.5.3.3.2), v němž aerobní stupeň následuje za anaerobním, se může dosáhnout jakosti odpadní vody vhodné pro vypouštění do vodoteče. Jestliže je limit souhlasu k vypouštění pro suspendované pevné látky nízký, může být nutné použít terciární čistění (viz oddíl 4.5.4). Terciární čistění je nezbytně nutné pro recyklaci části nebo veškeré konečné odpadní vody, má-li být tato recyklovaná voda použita v provozních prostorech jako pitná. Typický schematický proudový diagram čistění odpadní vody, použitelného pro odpadní vody z průmyslu masa a drůbeže ukazuje obrázek 4.41. Hrubá síta Ð Jemná síta Ð Vyrovná vání průtoku a zatížení Ð Odstraň ován í tuků, olejů a mastných látek

Regen erace pevných látek pro krmiva

U zdroje Pra videlné mytí, chemicky po dpořen é nebo horké mytí

Obvykle flotace rozpuštěným vzduchem

Velmi zatížený odpad přes 1000-1500 mg/L BSK Anaerobní čistěn í

Aero bní čistění

Konvenčn í aktivovaný kal neb o SBAF

I ntenzivní provzdušnění Vyp uštěn í do kanalizace Konvenční aktivovaný kal

Vypuštění d o kana liza ce

Aerobní čistění

Terciární čistění

Vypuštění do řeky Terciární čistění

Re cyklace

Vypuštění d o řeky

Recyklace

Obrázek 4.41: Proudový diagram čistění odpadních vod ze zpracování masa a drůbeže [13, Environment Agency of England and Wales, 2000]. 510

Kapitola 4 4.5.7.2

Ryby, korýši a měkkýši

4.5.7.2.1 Charakteristiky odpadní vody

U základních operací zpracování ryb odpadní vody pocházejí z manipulace a skladování surovin, plavení ryb a vnitřností po závodě, z rozmrazování a z čistění zařízení a úklidu podlahových ploch. Pokud jde konzervárenské operace, odpadní vody se tvoří také při odvodňování plechovek a všech úniků láků, omáček a olejů. Všechny tyto odpadní vody je třeba vyčistit v čistírně odpadních vod, než mohou být vypuštěny. Jinak by mohly způsobit problémy s vyčerpáním kyslíku a eutrofikací ve vodních recipientech. 4.5.7.2.2 Čistění odpadní vody

Primární čistění odpadní vody ze zpracování ryb používá tyto technologie: • • • • •

mechanické čistění (česle, rošty, síta, viz odstavec 4.5.2.1) sedimentaci (viz odstavec 4.5.2.5) DAF (viz odstavec 4.5.2.6) odstřeďování (viz odstavec 4.5.2.8) srážení (viz odstavec 4.5.3.9).

Tabulka 4.65 uvádí charakteristiky nečistěné odpadní vody z rybného průmyslu a účinnosti jejího primárního čistění. Metoda čistění

BSK (mg/l) Bez čistění 2000 - 28000 odstředění 1500 – 5000 Flotace vzduchem 1500 – 6000 Chemické srážení (H2SO4) a flotace 800 – 3000 Chemické srážení (Fe/Mo) a polyelektrolytem 600 – 3000 Dvoustupňová DAF, (Fe/Mo) a polyele ktrolytem 500 - 1500

Celk. dusík (mg/l) 400 – 1000 200 – 600 150 – 300 150 – 300 100 - 200

Celk. fosfor (mg/l) 80 – 150 40 – 90 30 – 50 5 – 10 5 - 10

Tuk a oleje (mg/l) 500 – 25000 500 – 2000 400 – 2000 100 – 500 100 – 500 50 - 300

Tabulka 4.65: Charakteristiky nečistěné odpadní vody z rybího průmyslu a účinnosti jejího předčistění [134, AWAREN ET, 2002] Pokud není jakost odpadní vody po primárním vyčistění vhodná pro vypouštění do KČOV, je třeba sekundární čistění. Účinnost odstraňování pomocí aerobního zpracování (viz odstavec 4.5.3.1) je vysoká pro odpadní vody, jejichž hodnoty BSK a ChSK jsou nižší, než 3000 mg/l. U silně znečistěných odpadních vod, např. BSK/ChSK > 3000 mg/l, se používá anaerobní čistění (viz odstavec 4.5.3.2). K terciárnímu čistění se v rybném průmyslu používá např. membránová separace (viz odstavec 4.5.4.6) a desinfekce a sterilizace (viz odstavec 4.5.4.8). Z tohoto sektoru se hlásí i použití k rozptylování na pozemky (viz oddíl 4.1.6).

511

Kapitola 4 4.5.7.3

Ovoce a zelenina

4.5.7.3.1 Charakteristiky odpadních vod

Zpracování ovoce a zeleniny produkuje velký objem odpadních vod, které obecně mají vysoké organické zatížení. Zdrojem je např. loupání a blanšírování, čistící a desinfekční prostředky (chloridy), částice hlíny a další SS, jako je vláknina, rozpuštěné pevné látky, soli, živiny a rostlinné pathogeny. M ohou také obsahovat zbytkové pesticidy a fungicidy z praní surovin. Pro čistění odpadních vod je dále nutno brát v úvahu parametry, jako jsou pH, teplota a soli. Charakteristika odpadní vody závisí na různých faktorech, k nimž patří: • • • • • • •

jakost přitékající vody a intenzita spotřeby typ zpracovávaných surovin a druh prováděného zpracování, např. loupání, blanšírování či konzervace v plechovkách stav suroviny, např. poškození či zralost sezónní výkyvy druh používaného zařízení mokrá nebo suchá doprava produktů čistící operace a druh používaných čistících nebo úklidových prostředků.

Nejdůležitějšími znečisťujícími látkami v sektoru ovoce a zeleniny jsou BSK a SS. M ůže být nutné měřit úrovně pesticidů, zda splňují lokální právní předpisy. Ve Spojených státech se musí provést nápravný zásah, jestliže úrovně překročí 0,05 mg/l. 4.5.7.3.2 Čistění odpadních vod

Následující varianty čistění nejsou nutně použitelné pro zpracování brambor. Specifické charakteristiky naleznete v odst. 4.5.7.3.6. Před primárním čistěním odpadních vod ze zpracování ryb používají tyto technologie: • • • • • • •

mechanické čistění (česle, rošty, síta, viz odstavec 4.5.2.1) vyrovnání průtoku a zatížení (viz odstavec 4.5.3.2) neutralizace (viz odstavec 4.5.3.4) sedimentaci (viz odstavec 4.5.2.5) DAF (viz odstavec 4.5.2.6) odstřeďování (viz odstavec 4.5.2.8) srážení (viz odstavec 4.5.3.9).

Pevné látky suspendované v odpadních vodách, vznikajících při zpracování ovoce a zeleniny, se obecně lépe odlučují sedimentací než DAF. Pokud jsou koncentrace tuků, olejů, mastných materiálů (FOG) v této vodě větší, k čistění obvykle použije flotace rozpuštěným vzduchem (DAF). Pokud jde o odpadní vodu z operací loupání, použití chemikálií může omezit využití oddělené hmoty slupek pro výživu. Ve skutečnosti, pokud se hmota slupek používá pro výživu, je třeba oddělené čistění vody. Provozy loupání parou mohou samostatné jednotky mít. V některých případech může být odpadní voda po primárním vyčistění vypouštěna do KČOV. Pro vypouštění do vodotečí nebo pro zpracování vody na jakost vhodnou pro opakované použití, je potřebné sekundární čistění. Protože provoz je sezónní, může biologické vyčistění odpadních vod z oboru konzervace ovoce a zeleniny pro provozovatele představovat problém. 512

Kapitola 4 Pro toky odpadních vod s vyšší koncentrací BSK než 1000 – 1500 mg/l lze použít anaerobní proces (viz odstavec 4.5.3.2). Po takovémto čistění a hladinovém provzdušńování může být odpadní voda vypuštěna do KČOV, ne však do vodního recipientu. Pro méně koncentrované proudy odpadní vody lze použít aerobní čistění (viz odstavec 4.5.3.1). Odpadní vody ze zpracování ovoce a zeleniny mívají často nedostatek dusíku a fosforu a pro podporu dostatečné biologické aktivity potřebují tyto živiny doplnit. Procesy nitrifikace a defosfatace lze podpořit regulací provzdušńování. Dvoustupňový biologický systém (viz odstavec 4.5.3.3.2), tj. anaerobní stupeň následovaný aerobním, může dosáhnout takové čistoty vyčistěné vody, že je možné ji vypouštět do vodoteče. Jestliže se uplatňují přísnější podmínky povolení, vhledem k vyšším požadavkům na jakost ve vodním recipientu či má-li být recyklovaná voda použita v provozních prostorech jako pitná, je nezbytně nutné terciární čistění, včetně desinfekce a sterilizace. Obrázek 4.42 zobrazuje proudový diagram typických technologií čistění odpadních vod používaných v průmyslu ovoce a zeleniny.

513

Kapitola 4

Jemná síta Ð Vyrovnávání průtoku a zatížení Ð Gravit ační usazování

Pravidelné mytí, chemic ky podpořené nebo horké mytí

Velmi zatížený odpad přes 1000-1500 mg/L BSK Regenerace škrobu Odstředění

Aerobní čistění

Konvenční aktivovaný kal nebo SBAF

Anaerobní čistění

Intenzivní provzdušnění Vypuštění do kanalizace Konvenční aktivovaný kal

Vypuštění do kanalizace

Aerobní čis tění

Terciární čistění

Vypuštění do řeky Terciární čistění

Recyklace

Vypuštění do řeky

Recyklace

Obrázek 4.42: Proudový diagram čistění odpadních vod ze zpracování ovoce a zeleniny [13, Environment Agency of England and Wales, 2000].

514

Kapitola 4 Kombinace technologií Primární čistění (viz oddíl 4.5.2) Primární čistění (viz oddíl 4.5.2) + aerobní procesy (viz odstavec 4.5.3.1) Primární čistění (viz oddíl 4.5.2) + anaerobní procesy (viz odstavec 4.5.3.2) + aerobní procesy (viz odstavec 4.5.3.1) Primární čistění (viz oddíl 4.5.2) + anaerobní procesy (viz odstavec 4.5.3.2) + aerobní procesy (viz odstavec 4.5.3.1) + biologická nitrifikace/denitri fikace (viz odstavec 4.5.3.1) + odstranění fosforu biologickými metodami (viz odstavec 4.5.4.3) Primární čistění (viz oddíl 4.5.2) + anaerobní procesy (viz odstavec 4.5.3.2) + aerobní procesy (viz odstavec 4.5.3.1) + biologická nitrifikace/denitri fikace (viz odstavec 4.5.3.1) + odstranění fosforu biologickými metodami (viz odstavec 4.5.4.3) + srážení (viz odst avec 4.5.2.9) + filtrace (viz odstavec 4.5.4.5) Primární čistění (viz oddíl 4.5.2) + anaerobní procesy (viz odstavec 4.5.3.2) + aerobní procesy (viz odstavec 4.5.3.1) + biologická nitrifikace/denitri fikace (viz odstavec 4.5.3.1) + odstranění fosforu biologickými metodami (viz odstavec 4.5.4.3) ) + srážení (vi z odstavec 4.5.2.9) + filtrace (viz odstavec 4.5.4.5) + adsorpce na aktivním uhlí (viz odstavec 4.5.4.4.) Primární čistění (viz oddíl 4.5.2) + anaerobní procesy (viz odstavec 4.5.3.2) + aerobní procesy (viz odstavec 4.5.3.1) + biologická nitrifikace/denitri fikace (viz odstavec 4.5.3.1) + odstranění fosforu biologickými metodami (viz odstavec 4.5.4.3) ) + srážení (vi z odstavec 4.5.2.9) + filtrace (viz odstavec 4.5.4.5) + adsorpce na aktivním uhlí (viz odstavec 4.5.4.4.) + separace na membránách, tj. CMF (viz odstavec 4.5.4.6) Primární čistění (viz oddíl 4.5.2) + anaerobní procesy (viz odstavec 4.5.3.2) + aerobní procesy (viz odstavec 4.5.3.1) + biologická nitrifikace/denitri fikace (viz odstavec 4.5.3.1) + odstranění fosforu biologickými metodami (viz odstavec 4.5.4.3) ) + srážení (vi z odstavec 4.5.2.9) + filtrace (viz odstavec 4.5.4.5) + adsorpce na aktivním uhlí (viz odstavec 4.5.4.4.) + separace na membránách, tj. RO (viz odstavec 4.5.4.6)

Tabulka 4.66: Některé kombinace čistění vody, uváděné pro odvětví ovoce a zeleniny [31, VITO et al., 2001]. 4.5.7.3.3 Regenerace vody ve společnosti zpracovávají cí zeleninu – studie případu

Popis Kvůli nedostatku vody z podzemních zdrojů a vzhledem k nedostatku alternativních vodních zdrojů, např. nebyl k dispozici žádný zdroj povrchové vody a zdroj pitné vody byl příliš drahý, byly v závodě na zpracování zeleniny použity následující technologie šetření vodou: •

• •

opakované použití vyčistěné odpadní vody pro zpracovací operace tam, kde nebyla potřebná jakost pitné vody. Aerobní čistění odpadní vody bylo doplněno filtrací na pískovém filtru jako dokončovací krok. Výsledek byl, že měrná 3 spotřeba vody klesla na 3 – 3,5 m /t produktu; snížení obsahu solí v odpadní vodě vyháněním parou; zvýšený výkon aerobního čistění odpadní vody a použití anaerobního předčistění.

Dosažené ekologické přínosy Snížení využívání vodních zdrojů, opakované použití odpadních vod a snížení zatížení vody znečistěním. Vzájemné účinky médií Vysoké nároky čistění odpadních vod na energii. Provozní údaje Závod dosáhl zvýšení výrobní kapacity ze 17000 na 55000 t/rok v deseti letech. Konečným cílem bylo nahradit nejméně 50 % spotřeby surové vody, tedy snížit měrnou 3 spotřebu vody pod 2 m /t produktu. 515

Kapitola 4 Čistění odpadní vody v závodě se skládá z anaerobního předčistění (objem reaktoru 3 3 5000 m , zatížení 30 t ChSK/den a měrné zatížení 6 kg ChSK/ m . den), za kterým následuje čistírna s aerobním aktivovaným kalem. Po sedimentaci se odpadní voda čistí 3 na dvou stupních pískové filtrace s maximálním výkonem 100 m /h. Po úpravě pH nebo po přidání vločkovacích činidel (flokulantů) se voda vede na ultrafiltrační zařízení s výkonem 40 m3/h. Jednotka UF se provozuje pod nízkým tlakem 0,5 – 1 bar a má membrány z dutého vlákna. Voda se nakonec čistí na dvou stupních reverzní osmózy (RO). Retentát z prvního stupně se vede do druhého stupně. Zařízení RO má výkon 20 3 m /h, provozní tlak 8 – 10 bar a účinnost 70 %. Ačkoliv je voda zbavena baktérií a solí, ještě se sterilizuje UV zářením. Voda ze zpětného praní pískových filtrů protiproudem a jednotky UF se recykluje do biologického čistění. Typické parametry jakosti odpadní vody po různých krocích čistění a spodní vody uvádí tabulka 4.67. Parametr

Jednotka

ChSk pH Turbidita Celkový fosfor Vodivost Amoniakální N (NH4+) Železo Tvrdost Bikarbonáty Celk. počet bakterií (CFU) Escherichia coli

mg O2/l NTU mg/l mS/cm mg/l mg/l mmol/l G/l i/ml i/ml

Odpadní voda

12000 8,5 4,3

Po biologickém čistění 114 8,3 16 34 4,3 <2

1,0 2,9

Po Po dokončovací sterilizaci filtraci 0 8,2 5,5 4,3 0 34 <0,5 4,2 0,15 <2 <2 0,03 1,0 <0,3 2,9 <0,3

Spodní voda

Procesní voda∗

7 0 <0,5 1,4

<0,5 2,6 0,17 0,23 <0,3 <0,1

0,1 <0,3 <0,2

∗ Směs podzemní a sterilizované vody 1:1

Tabulka 4.67: Jakostní parametry vyčistěné odpadní vody, surové vody a procesní vody Ekonomika 3 Náklady na pitnou vodu kolísaly v rozmezí 0,99 – 1,54 EUR/m a očekávalo se, že pro 3 velkou poptávku ještě vzrostou. Náklady na procesní vodu činily 1,03 EUR/m . Důvody pro realizaci Společnost používala spodní vodu, protože byla bakteriologicky nezávadná. Byly tu však určité obtíže jako: • • •

musela být čerpána z hloubky 300 m lokální hladina spodní vody klesala, což vedlo k nedostatku spodní voda měla rostoucí obsah solí a některé parametry nesplňovaly normy jakosti. některé parametry porovnané s pokyny WHO uvádí tabulka 4.68. Parametr pH Sírany Bikarbonáty Chloridy Vodivost

Jednotka mg/l mg/l mg/l mg/l mS/cm

Spodní voda 8,3 126 552 550 2,6

Pokyn WHO 6,5-8,5 400

250 0,25

Tabulka 4.68: Jakost zdroje spodní vody závodu na zpracování zeleniny v porovnání s pokyny WHO 516

Kapitola 4 Příklady výroben Jedna továrna na zpracování zeleniny v Belgii Literatura [35, OECD, 2001]. 4.5.7.3.4 Opakované používání odpadní vody z praní zeleniny po vyčistění – studie případu

Popis Výrobce systémů navrhl, postavil a uvedl do provozu na klíč ČOV, která umožňuje opakovaně použít až 55 % odpadních vod závodu ve Spojeném království zpracovávajících zeleninu. Tato ČOV je založena na předčistění a vyvážení provzdušňovaného proudu, za kterým následují pokročilé M BR, RO a desinfekce. Pro účinné oddělení biomasy se používá UF, napájená recirkulačním systémem se dvou nádrží bioreaktoru. Provoz je plně automatizován, s řízením PLC a protokolováním dat klíčových provozních parametrů, např. průtoku, obsahu rozpuštěného kyslíku, pH a teploty. Je použit systém provzdušňování a míchání pro dosažení nezbytných velkých rychlostí přenosu hmoty kyslíku do koncentrované biomasy. Obrázek 4.43 ukazuje schéma ČOV v závodě na zpracování zeleniny.

Legenda: Aeration nozzles Biomass feed Biomass loop Biomass return Low pressure air from blowers MBR bio-reactor MBR-treated water for discharge, tertiary treatment or re-use Membrane biomass separation banks Membrane loop feed pump Pump Untreated waste water from balancing tank pretreatment

Provzdušňovací try sky Přívod biomasy Smyčka biomasy Vracení biomasy Nízkotla ký vzduch z dmy chadel Bioreaktor MBR Voda vyčistěná v MBR pro vy puštění, terciární čistění nebo nové použití Membránové baterie pro oddělování biomasy Podávací čerpadlo membránové smy čky Čerpadlo Nečistěná odpadní voda z vy važovací nádrže/předčistění

Tabulka 4.43: ČOV v závodě na zpracování zeleniny pro opakované použití vody [102, UK, 2002] Dosažené ekologické přínosy Snížená spotřeba vody, např. voda se používá opakovaně. Snížení znečistění odpadní vody.

517

Kapitola 4 Provozní údaje 3 Závod může produkovat celkem až 1200 m /den odpadní vody z praní zeleniny, 3 přičemž až 815 m /den se čerpá dále do pokročilého M BR. Po průchodu stanicí RO a 3 stupněm UV-desinfekce může být až 650 m /den odpadní vody vráceno do závodu jako prací voda na salát a procesní voda. Celková ChSKcelk nátoku, který přichází do vyrovnávací nádrže, činí až 1440 kg/den podle intenzity produkce. Intenzivní aerobní prostředí vytvářené v bioreaktorech, každé s projektovou úrovní M LSS 15000 mg/l, ve spojení s vysokým relativním stářím kalu znamená, že vyčistěná odpadní voda vysoké jakosti může být získávána s mnohem menším zůstatkem. Objem biologického reaktoru je snížen na pouhých 20 % velikosti konvenční čistící jednotky. Asi polovina odpadní vody po úplném vyčistění dosáhne jakosti pitné vody a může být v závodě znovu použita. Výchozí ChSK asi 1500 mg/l se snížila téměř na nulu. Systém oddělování biomasy ultrafiltrací také poskytuje permeát vhodný pro přímé napájení stupně RO/UV doplňkového zpracování. Příklady výroben Jedna továrna na zpracování zeleniny ve Spojeném království Literatura [102, UK, 2002]. 4.5.7.3.5 Opakované použití vody při zpracování hrášku, po chloraci

M ikrobiální kontaminaci lze potlačovat pomocí oxidu chloričitého, který je účinný proti biologickým tenkým vrstvám v koncentraci schválené pro pitnou vodu, tj. 0,5 ppm. Obrázek 4.44 ukazuje schéma čtyřstupňového opakovaného použití vody v konzervárně hrášku. V některých zemích není povolena chlorace vody pro praní ovoce a zeleniny na vstupu. Opakované použití vody v procesu, v němž voda přichází do přímého styku s produktem, také není vždy povolováno.

Příchozí produkt

Praní příchozího produktu Rechlorace

Do kanalizace

Vodní nádrž 1 Plavení produktu Vodní nádrž 2

Rechlorace

Praní produktu po blanšírování Rechlorace

Vodní nádrž 3 Praní hotového produktu

Čerstvá chlórovaná voda

Do plechovek

Obrázek 4.44: Opakované použití vody v konzervárenství [13, Environment Agency of England and Wales, 2000] 518

Kapitola 4 4.5.7.3.6 Zp racování brambor

Ačkoliv jsou organické složky odpadní vody ze zpracování brambor snadno biologicky odbouratelné, mohou vznikat problémy při čistění odpadní vody, zejména vzhledem těmto činitelům [65, Germany, 2002]: • • • • • • • •

zátěže znečistění mohou značně kolísat během dne, týdne, roku vysoké koncentrace nečistot nevyvážené složení odpadní vody, např. převaha polysacharidů a někdy nevyvážený přívod minerálních živin přítomnost pěnivých látek, např. bílkovin riziko tvorby zbytnělého kalu teplota odpadní vody někdy překračuje 35 – 40 °C, což si může vyžádat použití odpařovacích chladičů rychlý nástup procesu anaerobního vyhnívání může vyvolat nežádoucí zápach kyseliny přítomné ve vyhnívacím procesu mohou způsobit pokles pH až na 4 – 4,5. Toto okyselení nastává už během asi 2 hodin.

V systémech anaerobně-aerobního čistění je nutné zjistit, zda je z hlediska zatížení Ncelk možné čistit odpadní vodu z celé produkce, nebo jen určitý tok, aby se zajistilo, že aerobní stupeň bude mít stále dostatek uhlíku pro eliminaci dusíku. Jestliže se shora uvedené skutečnosti vezmou v úvahu, je možné použít pro čistění silně koncentrovaných odpadních vod ze závodů zpracovávajících brambory biologické procesy. Reaktory UASB nemusejí být vhodné pro provozy loupání brambor. 4.5.7.4

Rostlinné oleje a tuky

4.5.7.4.1 Čistění odpadní vody

V nedávné době probíhal rozsáhlý výzkum biologického čistění odpadní vody z rafinerií a výroben jedlých olejů s cílem eliminovat dříve dosud nevyhnutelné zátěže odpadních vod. Například v průběhu výroby rafinovaného oleje z řepky se může tvořit asi 10 – 12 3 3 m odpadní vody na tunu suroviny ´(10 – 12 m /t). odpadní voda obsahuje ChSK až 5000 mg/l, suspendované pevné látky až 4500 mg/l, oleje a tuky až 1200 mg/l [134, AWARENET, 2002]. Fosfor je přítomen v organické i anorganické formě. Zkoušky se prováděly v laboratorním i poloprovozním měřítku. Strategie čistění, které byly vypracovány jako výsledek, byly až dosud realizovány ve dvou systémech ve výrobním měřítku. Oba příklady jsou přizpůsobeny zvláštním provozním podmínkám továren a jejich lokální situaci. Optimalizace prototypů stále probíhá. Čistění výtoku z výroby rostlinných olejů obecně zahrnuje: • • • • •

na pozemky (závlahy) nebo systém rybníků. K jiným možnostem patří vyrovnání průtoku a zatížení (viz odstavec 4.5.2.3) sedimentaci (viz odstavec 4.5.2.5) lapač tuku (viz odstavec 4.5.2.2) DAF (viz odstavec 4.5.2.6) srážení (viz odstavec 4.5.2.9) pro snížení hladiny fosforu.

519

Kapitola 4 Dále se používá sekundární čistění a aerobní procesy (viz odstavec 4.5.2.1): Obecně vzato, odpadní voda se dobře hodí k biologickému čistění. Lze používat aktivované kaly (viz odstavec 4.5.3.1.1), biologické sprchy (viz odstavec 4.5.3.1.5), rotační biologické nosiče (viz odstavec 4.5.3.1.7). K faktorům, specifickým pro toto odvětví, které mohou ovlivňovat biologické čistění odpadní vody, patří přítomnost těkavých lipofilních látek, síranů, zvýšené hladiny fosforu a nízké hodnoty pH. 4.5.7.4.2 Olivový olej

Ohledně informací o snížení množství odpadních vod a jejich zatížení znečistěním během procesu viz též odstavec 4.7.4.1. Odpadní vody z výroben olivového oleje se považují za jedny z nejobtížnějších a nejzávažnějších odpadů z potravinářského průmyslu a působí veliké problémy v oblastech pěstování olivového oleje v Evropě. M ají velmi vysokou hodnotu ChSK (200 000 mg/l), nízkou hodnotu pH (3 – 5,9) a vysoký obsah pevných látek (TSS 20 000 mg/l). M imo to, vysoký obsah polyfenolů v odpadní vodě z výroby olivového oleje (až 80 000 mg/l) neobyčejně ztěžuje bakteriální odbourávání a dodává vodě fytotoxický charakter. M alé výrobny (lisovny) olivového oleje, z nichž mnohé jsou menší, než je spodní prahová hodnota směrnice IPPC, používají odpařovací kalové rybníky (laguny, viz odstavec 4.5.3.1.4). Běžně se nechávají odpadní vody po měsíce odpařovat v otevřených nádržích, což způsobuje zatuchlý zápach a v mnoha případech dochází ke kontaminaci spodních vod následkem úniků a netěsností. Pevný zbytek se pak rozptyluje na pozemky (viz oddíl 4.1.6). Přímé ukládání na půdu v olivových hájích může způsobit kontaminaci spodních vod. Obvykle není možné připojit se na komunální čistírnu vody, protože lisovny olivového oleje jsou na venkově, kde čistírny odpadních vod buď vůbec neexistují anebo nejsou projektovány na čistění takovýchto odpadních vod. Odpadní vody z výroby olivového oleje lze také čistit pomocí anaerobních ČOV, které mohou docílit odstranění 65 % až 95 % ChSK. Jsou však investičně nákladné zvláště proto, že lisovny pracují sezónně - sklizeň sice probíhá v době od října do března, avšak v příslušné lokalitě trvá pouze tři měsíce. Sezónní provoz však ve skutečnosti není nevýhodou, protože anaerobní vyhnívací nádrž může být po několika měsících nečinnosti („spánku“) snadno uvedena do provozu, i když obnovení čistících schopností nějakou dobu trvá. Vysoký obsah polyfenolů v odpadu inhibuje růst aerobních bakterií. Kromě toho, autooxidace fenolových sloučenin během styku odpadní vody z výroby olivového oleje se vzduchem vede ke tvorbě makromolekulárních polyfenolů, které se biologicky odbourávají ještě obtížněji. Pro další alternativní čistění odpadních vod z výroby olivového oleje lze použít nějaké účinné předčistění (viz oddíl 4.5.2) pro odstranění pevných látek. Pomocí srážení (viz odstavec 4.5.2.9) s volbou optimálního flokulačního činidla se odloučí velmi vysoký podíl rozpuštěných a prachových organických látek, který se pak odstraní filtrací (viz odstavec 4.5.4.5). Závěrečný stupeň spočívá v separaci na membránách (viz odstavec 4.5.4.6), zaručující celkové snížení organické zátěže o 95 %. Proces se stále zkoumá, ale pro budoucnost může znamenat řešení.

520

Kapitola 4 Porovnání alternativ čistění odpadních vod z výroby olivového oleje přináší tabulka 4.69. Metoda Rozptylování na pozemky

Odpařování v kalových rybnících Tepelné zahušťování Anaerobní procesy

Výhody Nevýhody Zlepšená úrodnost pro obsah K, Mg Kontaminace spodních vod a organické hmoty Vysoký obsah solí Omezení právními předpisy Negativní účinky na vegetaci vyvolávané obsaženými polyfenoly, překročí-li se jisté meze Nízké náklady Jsou potřebné velké plochy pozemků Nejsou potřebné žádné odborné síly Nepříjemné pachy a hmyz Kontaminace spodních vod, není-li izolace nádrží dokonalá Rychlejší systém Vysoká spotřeba energie, vysoké náklady Tvorba krusty na odpařovácích Nízká spotřeba energie Nákladná zařízení Produkce methanu Dlouhá fáze „zabíhání“, neslučitelná se Stabilizovaný kal sezónními požadavky.

Tabulka 4.69: Porovnání alternativ čistění odpadních vod z výroby olivového oleje [134, AWAREN ET, 2002]. 4.5.7.4.3 Vícestupňové čistění vody z výrobny rostlinných olejů – studie případu

Popis Tento postup čistění je kombinací čistírenských technologií realizovaných v rafinerii jedlých olejů, uváděné jako příklad, která má zvláštní podmínky. Její použití v jiných závodech je třeba nejprve vyzkoušet, např. poloprovozně. Technologie se používá pro vnitrozávodní čistění odpadních vod z rafinace surových olejů a tuků. Slučují se odpadní vody ze segregovaných proudů štěpení mýdel (kyselé vody), skladování a čistění. Systém se skládá z těchto stupňů: • • • • • • • • •

segregace (viz odstavec 4.1.7.8) lapačů tuku (viz odstavec 4.5.2.2) v segregovaných proudech vyrovnávání průtoků a zatížení (viz odstavec 4.5.2.3) DAF (viz odstavec 4.5.2.6) při nízké hodnotě pH a beze srážení pro odstranění FOG neutralizace (viz odstavec 4.5.2.4) a koagulace pro odstranění emulgovaných olejů a tuků DAF (viz odstavec 4.5.2.6) se srážením koagulovaných olejů a tuků aktivovaného kalu (viz odstavec 4.5.3.1.1) v kaskádových stupních pro čistění v režimu „uzavření – vypouštění“ DAF (viz odstavec 4.5.2.6) pro odstranění kalu sedimentace (viz odstavec 4.5.2.5) suspendovaných pevných látek a vyrovnání průtoku a zatížení (viz odstavec 4.5.2.3) nádrže na čirou vodu.

521

Kapitola 4 Dosažené ekologické přínosy Snížení ChSK odpadní vody o více než 95 %. Určité snížení obsahu fosforu. Vzájemné účinky médií Zvýšené používání chemikálií, jako jsou hydroxid sodný a koagulační činidla pro odstraňování tuku. Zvýšená spotřeba energie na fyzikální a biologické stupně procesu. produkuje se kal. Provozní údaje Tabulka 4.70 ukazuje charakteristiky odpadní vody před a po čistění. Fosfor se sníží asi o 50 % a to pouze biologickou absorpcí, když je asimilován biomasou kalu. Srážení nelze uplatnit v odpadní vodě s obsahem fosfatidů, tj, organických sloučenin fosforu. Parametr Jednotky Vstup Objem odpadní vody m3 /h ChSK mg/l 2500 BSK5 mg/l Lipofilní látky mg/l ∗∗ 100 mg/l 140 Fosfor∗ , celk.(P celk ) Sírany až do mg/l 12000 ∗ Zdroj fosforu: fos folipidy a lecithiny ∗∗ Měřeno nyní zrušenou metodou (DIN 38509, H17)

Výstup <25 <150 <5 <70 -

Tabulka 4.70: Charakteristiky odpadní vody před čistěním a po čistění Tabulka 4.71 uvádí údaje o spotřebě energie. Zd roj energi e Pára

Elektřina

Spotřeba 12,5 kWh/t nerafinovaného oleje 45 MJ/t nerafinovaného oleje 16 kg/t nerafinovaného oleje 11,5 MJ/t nerafinovaného oleje 3,2 kWh/t nerafinovaného oleje

Tabulka 4.71: Údaje o spotřebě energie Tabulka 4.72 uvádí provozní údaje systému čistění odpadní vody v jednom zpracovatelském závodě tukového průmyslu. Stupeň 1: Chlazení, neutralizace NaOH, přídavek koagulantu, přídavek močoviny DAF v kyselém prostředí Plocha = 25 m2 DAF v neutrálním prostředí Plocha = 25 m2 Stupeň 2 - 3: Kaskádový systém s aktivovaným kalem (provzdušňovací a flotační nádrže) Objem reaktoru 1 V1 = 630 m3 Objem reaktoru 2 V2 = 1270 m3 Doba zdržení přibližně 35 hodin Plocha hladiny DAF A = 45 m2 Stupeň 4: Nádrž na či rou vodu, skladovací nádrž na s edimentaci zbytkové suspendované látky, vyrovnávací nádrž pro účely vyplachování, odčerpávací stanice Objem nádrže na čirou vodu V = 279 m3 Stupeň 5: Zpracování kalu Nádrž na skladování kalu s jemným probubláváním vzduchem pro aerobní stabilizaci přebyt ečných kalů. Kalová skladovací nádrž na mastný kal z chemického a fyzikálního předčistění s provzdušňováním velkými bublinami pro aerobní stabilizaci kalu.

Tabulka 4.72: Popis systému čistění odpadní vody v závodě na zpracování oleje a tuků

522

Kapitola 4 Použitelnost Oblast použití: rafinerie olejů bez požadavku na zvýšené odstraňování fosforu. Přehled údajů o použitelnosti uvádí tabulka 4.73. Omezení:

Provozní spolehlivost:

Nízké organické zatížení Dobrá předběžná separace tuku Žádné předběžné srážení fos folipidů není možné Souběžné srážení s vysokými koncentracemi fos foru je škodlivé pro biocenózu Následné srážení pro zajištění spolehlivého plnění limitů P je možné jen při značném předávkování. Omezená, kvůli značnému a nevyhnutelnému kolísání jakosti nečištěné odpadní vody Spolehlivé ovládání systému je možné jen nepřiměřenými prostředky

Tabulka 4.73: Přehled údajů o použitelnosti Ekonomika Existují značné investice do vývoje a výstavby systému. Existují náklady způsobené zvýšenými vstupy energie, náklady na údržbu a opravy, provozní personál a zvýšenou produkci odpadu. V uváděném příkladu závod realizoval technologii s externí finanční pomocí. Důvody pro realizaci Přísnější úřední požadavky na objemy a jakost odpadních vod. Lokální podmínky vodního recipientu. Načasování rozhodnutí ohledně dostupnosti jiných řešení Demonstrační systém, podporovaný z veřejných fondů. Příklady výroben Jedna rafinerie rostlinných olejů v Německu Literatura [65, Germany, 2002, 182, Germany, 2003, 185, CIAA-FEDIOL, 2004] 4.5.7.5

Mléčné výrobky

4.5.7.5.1 Charakteristiky odpadních vod

Důležitými charakteristikami mlékárenských odpadních vod z hlediska čistění jsou [13, Environment Agency of England and Wales, 2000, 65, Germany, 2002]: • • • • •

•

velké kolísání průtoku během dne; proměnlivá hodnota pH; odpadní vody mohou mít nedostatek dusíku, pokud nemá surová voda vysoký obsah dusičnanů, nebo se nepoužívá kyselina dusičná; odpadní vody mohou mít vysoký obsah fosforu, jestliže se pro čistění používá kyselina fosforečná. M léko samo má vysoký obsah fosforu, asi 93 mg P/100 g plnotučného mléka; čistění mlékárenské odpadní vody má za výsledek menší množství přebytečného kalu, než čistění komunálních odpadních vod díky např. nižšímu obsahu suspendovaných pevných látek, nižšímu použitému poměru F/M a vyšším teplotám odpadní vody; přes využívání předřazených vyrovnávacích nádrží je rozumné při projektování přívodu kyslíku počítat se špičkovými zátěžemi. 523

Kapitola 4 4.5.7.5.2 Čistění odpadní vody

V mlékárenství se pevné látky z vody z myček vozidel obecně odstraňují u zdroje. To lze provádět pomocí lapačů písku a štěrku, nebo se srážková voda z nepropustných povrchů normálně odvádí do vnitrozávodních systémů čistění odpadní vody. Dále se uplatňuje segregace odpadních vod (viz odst. 4.1.7.8) podle vysokého obsahu pevných látek, velmi vysoké BSK a vysoké salinity. Po segregaci je potřebné primární čistění a pak lze použít tyto technologie: • • • • • • •

mechanické odlučování (česle, síta, atd.) (viz odst. 4.5.2.1) vyrovnávání průtoků a zatížení (viz odstavec 4.5.2.3) neutralizaci (viz odstavec 4.5.2.4) sedimentaci (viz odstavec 4.5.2.5) DAF (viz odstavec 4.5.2.6) odstřeďování (viz odstavec 4.5.2.8) srážení (viz odstavec 4.5.2.9).

Po primárním vyčistění může být potřebné sekundární čistění. Pro odpadní vody s vyšší koncentrací BSK než 1000 – 1500 mg/l se používají anaerobní procesy (viz odst. 4.5.3.2). Anaerobní technologie se hojně používají po celé Evropě pro mlékárenské odpadní vody, je-li BSK vyšší, než 3000 mg/l. Po hladinovém provzdušnění může být konečná odpadní voda z anaerobního procesu přímo vypouštěna do KČOV. Používají-li se anaerobní procesy, přesto tu však existuje riziko uvolňování fosforu do konečné odpadní vody. Pro toky odpadních vod o nižších koncentracích se používá aerobní čistění (viz odst. 4.4.5.3.1). Obrázek 4.45 ukazuje typický proudový diagram čistění odpadní vody, používaného pro mlékárenské odpadní vody.

524

Kapitola 4 Hrubá síta Ð Jemná síta Ð Vyrovnávání průtoku a zatíž ení Ð Ods traňování tuků, olejů a mastných látek

Regenerace pev ných látek pro krmiva

U zdroje Pravidelné mytí, chemicky podpořené nebo horké mytí

Obvykle flotac e rozpuštěným v zduchem prováz ená c hemickou úpravou pro rozražení tukov é emulze

Velmi zatíž ený odpad přes 1000-1500 mg/L BSK Aerobní čis tění

Anaerobní čistění

Intenzivní provzdušnění

Vypuštění do ČO V

Vypuštění do ČOV

Konvenční ak tivovaný kal

Konvenční aktivovaný kal nebo biofiltr SBAF

Aerobní čis tění

Terciární čistění

Vypuštění do řeky Terciární čistění

Recy klace

Vypuš tění do řeky

Recy klace

Obrázek 4.45: Typické čistění mlékárenských odpadních vod [13, Environment Agency of England and Wales, 2000]. 4.5.7.6

Škrob

4.5.7.6.1 Charakteristiky odpadních vod

Odpadní voda ze škrobárenství obsahuje velká množství organických látek, které jsou snadno biologicky odbouratelné. Úrovně ChSKa BSK rostou v důsledku hydrolýzy a fermentace např. redukovaných cukrů, těkavých kyselin a aldehydů. Obsah SS není vysoký. V odpadní vodě je přítomen také dusík. Je to způsobeno produkty rozkladu bílkovin, např. močovinou a amoniakem. Obsah dusíku je zjevně vyšší u odpadních vod ze zpracování brambor, než ze zpracování obilnin. Kovy, jako zinek, nikl a chrom lze nalézt jen ve velmi omezeném množství. Zjistí-li se, mají původ v korozi kovových nádob a potrubí a v surovinách, jako jsou pšenice, rýže a brambory. 525

Kapitola 4 4.5.7.6.2 Čistění odpadních vod

Čistění odpadních vod ze zpracování škrobu používá tyto technologie: • • •

vyrovnávání průtoků a zatížení (viz odstavec 4.5.2.3) sedimentaci (viz odstavec 4.5.2.5) DAF (viz odstavec 4.5.2.6).

Je-li potřebné další čistění, používají se technologie sekundárního čistění. Anaerobní procesy (viz odstavec 4.5.3.2) se používají, když je zatížení organickým materiálem vysoké a zatížení SS nízké, ačkoliv se uvádí, že se někdy používá dlouhé anaerobní zpracování pro čistění odpadních vod s vysokou úrovní SS. Dochází k methanizační reakci a produkuje se bioplyn, který obsahuje 50 – 70 % objemových methanu a který se obecně využívá v kotli. Výhodou tohoto čistění je odstranění určitého podílu zatížení ChSK, aniž se produkuje kal a ušetří se energie. Avšak optimalizace takové reakce je obtížná a její účinnost se může pohybovat kolem 50 – 80 % zatížení ChSK. Volba provádět anaerobní čistění také závisí na poměru zátěží, např. ChSK:N, BSK:N a N:P. Je třeba, aby poměr ChSK:N byl dostatečně vysoký, aby umožnil růst bakterií jak v anaerobním, tak aerobním reaktoru. protože je však rychlost odstraňování ChSK a BSK nízká, je potřebné další čistění. Dalším krokem je obecně aerobní čistění (viz odstavec 4.5.3.1). Přívod kyslíku je zajišťován buď hladinovými provzdušňovači nebo dmýcháním vzduchu ke dnu nádrže. M á-li odpadní voda ChSK vyšší, než 10000 mg/l, je nejlépe ji aerobně nečistit. Aerobní technologie jsou však vhodné pro méně znečistění odpadní vody, např. kondenzované páry ze zahušťovacích systémů, nebo prací a žlabové vody z výroby bramborového škrobu. Zejména při čistění kondenzovaných par je důležité zajistit vyvážený poměr živin (N:P). M imo to lze očekávat, že odpadní vody z modifikace škrobu budou mít extrémně nevyvážené organické zatížení spočívající v polysacharidech, což může působit problémy s růstem a zbytněním kalu [65, Germany, 2002]. Konečně, terciární čistění zahrnuje biologickou nitrifikaci a denitrifikaci (viz odstavec 4.5.4.1). Uvádí se, že terciární čistění není vždy potřebné. Uváděné složení odpadní vody po vyčistění udává tabulka 4.74. Parametr

BSK ChSK Suspendované pevné látky Celkový dusík Celkový fosfor

Koncentrace (mg/l) Minimální Maximální 5 20 50 300 10 60 2 50 1 5

Tabulka 4.74: Charakteristiky škrobárenské odpadní vody po vyčistění [115, CIAA-AAC-UFE, 2002] Uvádí se, že odpadní voda ze škrobáren se někdy pouze podrobí předběžnému čistění, jako je sedimentace (viz odstavec 4.5.2.5) a pak expedována k rozptýlení na půdu (závlaha, viz oddíl 4.1.6).

526

Kapitola 4 4.5.7.6.3 Opakované použití odpadních vod ve výrobě škrobu

Popis Tam, kde se škrob a deriváty škrobu vyrábějí z brambor, může se produkovat velké množství odpadní vody z výroby bramborového škrobu. Systém pro opakované použití bramborové hlízové vody a provozní vody je shrnut na obrázku 4.46. Brambory

Přívod vody

St udniční voda

Reverzní osmóza 2 (dle požadavků na produkt) Pro ces škrob u

Škro b Hlízová voda

Třenka Procesní vo da Filtra ce a desinfekce

Reverzní o smó za 1 Biologické čistění

Vo dní recip ient

Úprava pH Oddělení bílko vin koa gulací Kapa lný koncentrát bílkovin z brambor

Koncentrace odpařováním

Chlazení

Obrázek 4.46: Okruh vody ve škrobárně Voda z brambor je nejdříve zpracována v jednotce RO. Vyčistěná hlízová voda je pak spolu s procesní vodu přivedena k oddělení bílkovin koagulací. Dalším krokem procesu je koncentrace hlízové vody, zbavené bílkovin, a procesní vody. Kondenzát z tohoto odpařování je ochlazen a je upravena jeho hodnota pH. Potom je vypuštěn do biologické ČOV. Určitá část z této čistěné vody je podrobena dalšímu čistění, nejprve filtrací na pískovém filtru a pak desinfekcí. Regenerovaná voda se míchá s čerstvou vodou a vrací se do výrobního procesu. Případně, podle potřeb produktu, může být prováděn druhý krok reverzní osmózy. Dosažené ekologické přínosy Snížení spotřeby čerstvé vody a objemu odpadních vod Vzájemné účinky médií Zvýšená spotřeba energie a produkce přebytečného kalu Provozní údaje Pro škrobárnu, uváděnou jako příklad, uvádí tabulka 4.75 projektové charakteristiky kroku odpařování; charakteristiky biologického čistění odpadní vody jsou uvedeny v tabulce 4.76. 527

Kapitola 4 Vstupy

Výstupy Výkonnost

213 m3/h (nepřetržitý nátok) Objemový průtok 1 110 – 145 m3/h Obsah sušiny 1,8 – 2 % Teplota Vstup jednotky bílkovin 38 – 40 °C Za jednotkou bílkovin 86 °C Hlízová voda Objemový průtok 2 100 – 115 m3/h zbavená bílkovin Obsah sušiny 5,5 – 6 % koagulací Teplota na výstupu z bílk. jednotky 86 ± 1 % Produkt Kapalný koncentrát bílkovin z brambor (55 % sušiny min.) Kondenzát Co nejchladnější a nejčistší Odpařovací výkon Nejméně 230 t/h Předběžná odparka Nejméně 196 t/h Koncová odparka Nejméně 34 t/h Teplota zahušťování 87 °C max. Rezerva výkonu Nejméně 15 % odpařovacího výkonu Provozní cyklus Provozní doba nejméně 120 hodin Doba čistění maximálně 9 hodin Celkový nátok Procesní voda z výroby škrobu

Tabulka 4.75: Zahušťování procesní vody z výroby škrobu odpařováním – projektové údaje Zkondenzované páry ze zahušťovací jednotky Proces s aktivovaným kalem Pískový filtr Desinfekce Základní projektové údaje Objem odpadní vody 200 m3/h Koncentrace ChSK 1500 ± 300 mg/l Zatížení ChSK 7200 ± 1440 kg/den Charakteristiky odpadní vody ChSK < 25 mg/l BSK5 < 10 mg/l Charakteristika čistění aktivním Doba hydraulického zdržení 13,8 h kalem Hydraulické zatížení 1,75 m3 /m3 za den 2 otevřené nádrže, každá má 1375 Objemové zatížení ChSK 2,6 kg/m3 za den m3 (2750 m3 celkem) aerobního Koncentrace kalu 5000 g/m3 objemu včetně předřazeného Zatížení kalu ChSK na den 0,52 kg ChSK/kg sušiny selektoru Objem vraceného kalu 200 m3/h maximum Koncová sedimentace Průměr 23 m Sekundární sedimentace Hloubka vody 5m 1 kruhový usazovák s příčným Objem 2076 m3 tokem (Dorr) Plocha hladiny 415 m2 Doba zdržení 10,38 h Zatížení hladiny 0,48 m/h Písková filtrace Průtok na přítoku 3 x 70 m3/h (maximum) 3 jednotky Průtok promývací vody 3 x 70 m3/h (maximum) Hydraulické zatížení 8 m/h Desinfekce Desinfekce UV a dávkování ClO2 Typ odpadní vody Proces

Tabulka 4.76: Charakteristiky čistění odpadní vody ve výrobně bramborového škrobu Použitelnost Zkondenzované páry ze škrobáren jsou snadno odbouratelné, což způsobuje, že zpracování reverzní osmózou a odpařováním je závislé na speciálních vlastnostech hlízové a procesní vody.

528

Kapitola 4 Ekonomika Snížení spotřeby čerstvé vody snižuje náklady. Uvádí se, že chlazení vyčistěné zkondenzované páry nemusí být nutně ekonomické. Důvody pro realizaci Uvádí se, že odpadní vody byly dříve likvidovány rozptylováním na pozemky (závlahami). To není proveditelné pro příliš velké produkované objemy, vysoké dopravní náklady a velké nároky na zavlažovanou výměru. Potřebný skladovací objem, který je potřebný pro tuto metodu, je v porovnání se závlahami malý, protože závlahy jsou omezeny jen na určitá období v roce. Na rozdíl od varianty závlah je tato technologie nezávislá na počasí. Příklady výroben Nejméně jedna škrobárna vyrábějící bramborový škrob v Německu Literatura [65, Germany, 2002] 4.5.7.7

Cukr

4.5.7.7.1 Čistění odpadních vod

Podle uspořádání ČOV se v cukrovarech zpracovávajících cukrovku někdy provádí segregace odpadních vod (viz odstavec 4.1.7.8) předtím, než se odpadní voda čistí. Procesní odpadní voda, tj. přebytečný kondenzát ze zahušťování, který má vysoký obsah amoniaku, a voda z krystalizace, žlabová voda a prací voda jsou vedeny odděleně od silně znečistěné vody z plavení. V některých cukrovarech se kondenzát používá k praní bulev. Příklad 1 Hlína se z přepravní vody vysazuje v sedimentačních rybnících (viz odst. 4.5.2.5) Dekantovaná voda se pak čistí pomocí anaerobních a aerobních kalových rybníků (lagun, viz odst. 4.5.3.1.4). Používání lagun umožňuje používat vodu k zavlažování půdy v suchém počasí, čímž se také snižuje potřeba odebírat vodu z řek nebo z podzemí. Pro čistění procesních vod v jižní Evropě může být možné používat laguny pro přirozený odpar vody díky vysokým průměrným teplotám. Další čistění je potřebné, existuje-li riziko pronikavého zápachu, nebo jestliže potřeby životního prostředí vyžadují důkladnější úroveň čistění. V tomto případě může být předchozí čistění zlepšeno hladinovým provzdušńováním, jemuž může snad předcházet aerobní čistění (viz odst. 4.5.3.1). Příklad 2 Jestliže potřeby životního prostředí vyžadují další úrovně čistění, je možné použít sedimentaci (viz odst. 4.5.2.5), anaerobní čistění (viz odst. 4.5.3.2), následované provzdušňováním nebo aerobním vyhníváním (viz odst. 4.5.3.1) se závěrečnou sedimentací kalu. Silně zatížená vrchní vrstva kapaliny přicházející z usazovacích rybníků je ideálně vhodná pro čistění anaerobní technologií. Také betainy z cukrovky (organické sloučeniny dusíku) lze odbourávat pouze anaerobně. Následkem toho jsou v současnosti cukrovary v Německu asi z poloviny vybaveny anaerobními systémy [65, Germany, 2002].

529

Kapitola 4 Organický materiál ve žlabové vodě se štěpí na organické kyseliny s kratším řetězcem. Úprava takto sníženého pH se historicky provádí v neutralizačním procesu pomocí přísad jako je vápno. Toto „odkyselení“ toku odpadní vody je však ideálně vhodné pro anaerobní čistění. „Acidogeneze“ (tvorba kyselin) je základní reakce, která probíhá za anaerobních podmínek štěpením organických materiálů s delšími řetězci na lépe zpracovatelné organické kyseliny. Řada anaerobních zařízení vyžaduje zařazení okyselovací nádrže před anaerobní reaktor, aby se zahájila fáze acidogeneze. Úprava pH žlabové vody tudíž už není potřebná. Biomethanizace probíhá za vyšších teplot (např. 37°C), ačkoliv vyhnívání může nižší rychlostí probíhat již při teplotě 20°C, i nižší. Provozní problémy tu mohou vznikat v důsledku změn složení organických složek odpadní vody a také kvůli vysokému obsahu vápníku. V methanovém reaktoru dochází k vysrážení uhličitanu vápenatého. Vápník pochází z procesu čiření a saturace (který sem přijde s odpadní vodou). Srážecím činidlem je oxid uhličitý, který se tvoří v reaktoru. Zkušenosti ukazují, že bez ohledu na koncentraci v přitékající odpadní vodě a bez ohledu na používaný proces, se obsah vápníku snižuje 3 na hodnotu kolem 0,3 – 0,7 kg/m . To znamená, že v reaktoru zůstává každoroční zátěž uhličitanu vápenatého 300 až 1000 tun. To vyvolává problémy s mícháním systému, ztěžuje další práci a zvyšuje náklady na udržování příslušných čerpadel, tepelných výměníků a potrubí v dobrém provozuschopném stavu [65, Germany, 2002]. Část anaerobně vyčistěné odpadní vody může být recyklována jako voda na plavení. Dále, methan, vyráběný v rámci anaerobního procesu se může použít pro sušení vyslazených řepných řízků, určených do krmiv. K předehřívání odpadní vody vstupující do anaerobního reaktoru se používá málo hodnotné teplo [13, Environment Agency of England and Wales, 2000]. M á se zato, že přebytečný kondenzát ze zpracování cukru má vysoký obsah amoniaku ale nízkou ChSK. Procesem, doporučovaným pro snížení hladiny amoniaku bývá použití aerobních biologických procesů, uspořádaných tak, že umožní nitrifikaci amoniaku (viz odst. 4.5.4.1). Aby nitrifikace proběhla, proud odpadní vody je třeba doplnit vnějším zdrojem uhlíku. U instalací, které používají pro čistění žlabové vody anaerobní technologii, je spojení odpadní vody z anaerobního procesu s přebytečnou procesní vodou obvykle postačující pro zajištění přívodu s dostatečným vyvážením pro stupeň aerobního čistění. Pro odstraňování vápna používají některé závody hydrocyklony, které odstraní více vápnem zatížený bakteriální kal ze systému. Téměř ve všech závodech je však stejně nutné v pravidelných intervalech (každých 2 – 5 let) reaktory otevřít mimo sezónu a 9 mechanicky vybrat vápenec , který tam vznikl. Koncentrace vápence při odstraňování je 3 kolem 800-1000 kg/m materiálu nosiče. Protože jsou tyto operace sezónní, musí být následně zařazený aerobní systém na začátku sezóny patřičně aktivován. Tomu tak nezbytně není u fluidních loží (viz odst. 4.5.3.1). Vápenec se tam vysráží téměř úplně na materiálu nosiče, který může být během provozu odebírán. Konečná odpadní voda z tohoto stupně může mít dostatečně vysokou kvalitu, aby mohla být vypouštěn do vodoteče. Alternativně může být vypouštěna do ČOV. Pro potenciální recyklaci konečného výtoku lze použít technologie terciárního čistění (viz oddíl 4.5.4) na část finální odpadní vody.

9

Originál uvádí „lime“ (vápno), zde jde ale o vápenec (limestone) – pozn. překl. 530

Kapitola 4 Příklad 3 Za okolností, které vyžadují dodatečnou regulaci dusíku a jeho sloučenin, je nutné instalovat vhodně řešené nitrifikační a denitrifikační systémy. Pro tyto systémy existuje několik biologických a nebiologických technologií, např. vyhánění amoniaku parou (viz odst. 4.5.4.2) a biologická nitrifikace nebo denitrifikace (viz odst. 4.5.4.1). Příklad 4 Nejprve se použije anaerobní proces a vyrobený bioplyn se použije jako palivo. Potom se k odbourání dusíku a fosforu použije aerobní proces. Po vyčistění odpadní vody se voda buď znovu použije v závodě, nebo se vypustí do řeky nebo do volného moře. Příklad 5 Obrázek 4.47 ukazuje typický proudový diagram procesu pro čistění průmyslových odpadních vod ze zpracování cukrové řepy. Mechanicky přečistěná plavící voda Recykluje se jako plavící voda

Usazovací rybníky

Laguna/závlahy

Ð Anaerobní čistění Kal k likvidaci R ecyklu je se jako plavící voda

Odpadní procesní voda

Aerobní čistění (např. konvenční aktivovaný kal) Vypuštění do KČOV Recyklace

Terciá rní čistění

Vypuštění do řeky

Obrázek 4.47: Typické varianty čistění odpadních vod ze zpracování cukrové řepy [13, Environment Agency of England and Wales, 2000, 159, CIAA-CEFS , 2003].

531

Kapitola 4 Dosažené emisní úrovně Výkonnost čistění odpadních vod v cukrovarnictví severských zemí uvádí tabulka 4.77 Způsob čistění Před čistěním Po anaerobním čistění Po anaerobním a aerobním čistění

BSK (mg/l) 3300 100 2

Celk, N (mg/l) 120 80 10

Celk. P (mg/l) 10 8 0,4

Tabulka 4.77: Údaje o čistění vody v severském cukrovarnickém průmyslu [1, CIAA, 2002]. Údaje vztažené na tunu cukrové řepy z dánských cukrovarů uvádí tabulka 4.78. Parametr

Odpadní voda, m3 /t zpracovaných bulev Odpadní voda, m3 /t vyrobeného cukru BSK, kg/t vyrobeného cukru Suspendované pevné látky kg/t vyrobeného cukru Dusík, kg/t vyrobeného cukru Fosfor, g/t vyrobeného cukru

Celkem průměrn (rozmezí ) 0,79 (0,53 – 1,10) 5,13 (3,73 – 6,98) 10,3 (0,01 – 24,4) 1,25 (0,76 – 1,62) 0,27 (0,01 – 0,56) 31,3 (0,81 – 83,2)

Bez čistění, průměr (rozmezí )

5,59 (3,76 – 6,98) 14,6 (10,7 – 24,4) 1,16 (0,76 – 1,42) 0,33 (0,19 – 0,56) 40,4 (27,5 – 83,2)

Po anaerobním a aerobním čistění

0,01 nemá význam 0,03 1,22

Tabulka 4.78: Produkce a hlavní charakteristiky odpadní vody z dánského cukrovaru [139, Nielsen E.H., Lehmann, M., 2002]. M ěrná zatížení pro znečisťující látky v odpadní vodě po biologickém čistění uvádí tabulka 4.79. Parametr BSK5 ChSK TOC Dusíkcelk.

Vyrobený cukr (kg/t) 0,24 2,4 0,9 0,35

Tabulka 4.79: Zatížení odpadní vody po biologickém čistění během cukrovarnické kampaně [152, Austria, 2002]. Uvádí se, že odpadní voda z cukrovarů se někdy nečistí, ale vyváží se mimo závod a rozprašuje se na pozemky (viz oddíl 4.1.6). 4.5.7.8

Nápoje

4.5.7.8.1 Charakteristiky odpadních vod

Odvětví nealkoholických a alkoholických nápojů je pestré. Odpadní vody lze rozdělit na koncentrované s velkým objemem, koncentrované s malým objemem, nepřetržitě pravidelně vypouštěné a kampaňově, sezónně vypouštěné. odpadní vody. Z tohoto oboru jsou odpadní vody obvykle velmi dobře biologicky odbouratelné a obsahují aktivní mikroorganismy.

532

Kapitola 4 4.5.7.8.2 Čistění odpadních vod

Před čistěním lze uplatnit segregaci odpadní vody (viz odst. 4.1.7.8). Pokud jde o velkoobjemové málo koncentrované toky, může existovat potenciál buď pro recyklaci (po vhodném čistění), přímé vypouštění do ČOV bez čistění, nebo směšování s konečnou vyčistěnou odpadní vodou před vypuštěním. Dostupné varianty obvykle závisejí na vodním recipientu a souhlasu k vypouštění [13, Environment Agency of England and Wales, 2000]. Obecně řečeno, pro uplatnění technologií pro čistění odpadních vod, vznikajících v odvětví nealkoholických a alkoholických nápojů lze použít následující jednotkové procesy [13, Environment Agency of England and Wales, 2000]: • • • •

mechanické odlučování (česle, síta, atd.) (viz odst. 4.5.2.1) vyrovnávání průtoků a zatížení (viz odstavec 4.5.2.3) DAF (viz odstavec 4.5.2.6) odkláněcí nádrž (viz odstavec 4.5.2.7).

V průmyslu nealkoholických nápojů se úspěšně používají systému biologického čistění. V závislosti na sortimentu výrobků a systému balení (vratný či nevratný obal), může být nezbytné stále, nebo občas, přidávat živné soli. Čistění a desinfekce však mohou vyvolávat přechodné špičky koncentrace fosforu, které pak mohou působit problémy pro přímé vypouštění i přes vyrovnávání, které se doporučuje provádět před biologickým čistěním. [65, Germany, 2002]. Pro toky odpadní vody s vyšší koncentrací BSK než 1000 – 1500 mg/l lze používat anaerobní procesy čistění (viz odst. 4.5.3.2), následované hladinovým provzdušňováním. Pro toky odpadní vody s menším zatížením se používá aerobní čistění (viz odst. 4.5.3.1). Může se užít i dvoustupňový biologický systém (viz odst. 4.5.3.3.2), v němž aerobní stupeň následuje za anaerobním. Pro vypouštění do vodotečí nebo vyčistění odpadní vody na jakost vhodnou pro opětovné použití jsou potřebné další stupně čistění. Jestliže se požaduje nízký obsah suspendovaných látek ve vypouštěné vodě, nebo má-li se odpadní voda recyklovat, je potřebné ještě terciární čistění (viz oddíl 4.5.4). Desinfekce a sterilizace (viz odst. 4.5.4.8) jsou nezbytně nutné, má-li být odpadní voda použita v provozních prostorech jako pitná. Některé závody pracují celoročně, ale zpracovávají i sezónní plodiny. Takovéto závody produkují běžnou odpadní vodu po celý rok z nepřetržité výroby. Během sezóny nebo kampaně vzniká další odpadní voda z intenzivních procesů. Povaha běžné odpadní vody a kampaňové odpadní vody tedy ovlivňuje technologie čistění odpadní vody vybrané pro takový závod. Obvykle mívá kampaňová odpadní voda vyšší zátěž než běžná odpadní voda a volbu technologií bude za těchto podmínek ovlivňovat řada faktorů, které musí provozovatel vzít v úvahu. Například blízkost míst vypouštění toků odpadní vody a zda spojení proudů může být výhodné, nebo bude lepší nechat je oddělené. M usí se také zvážit ekonomika výstavby čistírny odpadních vod schopné přijmout významně větší zatížení během kampaně.

533

Kapitola 4 Některé odpadní vody mohou vyžadovat primární čistění jen tehdy, když se čistí odděleně, před vypouštěním do ČOV. Kampaňová (sezónní) odpadní voda nese obvykle velkou zátěž a má poměrně malý objem. Konečná odpadní voda z anaerobního procesu může být obvykle po hladinovém provzdušňování vypouštěna do KČOV. M ají-li se toky zpracovávat společně, musí mít čistírna modulovou konstrukci se dvěma či třemi paralelně pracujícími reaktory. To umožní, aby byl jeden reaktor používán mimo sezónu a čistírna uvedena na plný výkon během sezónní výroby. Technologie, o které lze uvažovat pro toto uspořádání, je konvenční proces s aktivovaným kalem (viz odst. 4.5.3.1.1) s doplněním čistým kyslíkem (viz odst. 4.5.3.1.2) v období vysokých zatížení, spojených se sezónní výrobou. Čistírna může potřebovat v přípravě na zvýšené průtoky a zatížení umělý přívod. 4.5.7.8.3

Vaření piva

V produkci odpadní vody existují značné výkyvy. Špičkový průtok bývá 2,5 – 3,5krát větší, než průměrný průtok, což závisí na tom, jak blízko od výrobního prostoru se měření provádí. Doba špičkového průtoku je obecně krátká. Špičkové průtoky vznikají ve varně a prostoru zpracování piva v souvislosti s čistěním a úklidem. V prostoru balení dochází ke špičkovým průtokům při odstavování linky, protože se přitom vyprazdňují myčky lahví a tunelové pastéry. Třetí prostor, kde mohou velké špičky průtoku vznikat, je oblast čistění vody, když se filtry perou protiproudem. Koncentrace organických materiálů závisí na poměru odpadní vody k pivu a vypouštění organického materiálu do ČO V. Typické množství vypouštěného organického materiálu z pivovaru se normálně pohybuje v rozmezí 0,8 – 2,5 kg ChSK/hl piva. Větší výtoky mohou vznikat a lze je přičíst vypouštění přebytečných kvasnic, chmelového mláta a jiných koncentrovaných odpadů do ČOV, i když je lze lépe zlikvidovat jinak. Výroba nealkoholických piv může vést k velmi vysokým množstvím vypouštěných organických látek, je-li do ČOV vypouštěn zkondenzovaný alkohol. Procesní voda má normálně nízký obsah biologicky neodbouratelných složek. Pivovarská odpadní voda mívá normálně poměr ChSK/BSK = 1,5 – 1,7, což znamená, že je odpadní voda snadno odbouratelná. V primárním čistění je nezbytně nutná neutralizace (viz odst. 4.5.2.4). Dávkovací výkon neutralizačního provozu bude záviset na provozu pivovaru, zvláště na konstrukci a provozu vypouštění alkalických lázní v myčkách láhví a nádržích CIP. Jiné alternativy spočívají v použití spalin z kotelny nebo přebytečného CO2 z kvašení pro neutralizaci alkálií v zařízeních CIP, nebo přetoku ze zařízení pro mytí lahví. Zařízením může být pračka plynů, nebo jednodušší systém s odvětráním plynů do jímky. Sekundárním čistěním mohou být aerobní (viz odst. 4.5.3.1) nebo anaerobní (viz odst. 4.5.3.2) procesy. Nejběžněji používanou metodou čistění odpadních vod z pivovaru je proces s aktivovaným kalem (viz odst. 4.5.3.1.1). Nicméně, použití anaerobního procesu má tu výhodu, že pro pivovarskou odpadní vodu, která je chudá na živiny, je potřebné méně živin, případně žádné. Nejobvykleji používanými anaerobními technologiemi jsou reaktory UASB (viz odst. 4.5.3.2.4) a EGSB (viz odst. 4.5.3.2.8). Přebytečný kal může tvořit významnou část pevného odpadu, produkovaného pivovarem a musí být likvidován. Je hlášenou používání kalu k rozptylování na půdu (viz oddíl 4.1.6). 534

Kapitola 4 Jestliže jsou požadavky na vypouštěnou vodu přísnější než hodnota BSK 15 mg/l a hodnota SS 20 – 30 mg/l, je nezbytné terciární čistění (viz oddíl 4.5.4). 4.5.7.8.4 Recyklace vody v pivovaru

Popis Na konci oddělování vyslazeného sladového mláta se nechají velmi zředěné sladiny volně odtékat, dokud se nedosáhne přijatelné vlhkosti vyslazeného mláta. Po vypuštěných těchto zbytků se odstraní ještě jemné podíly, usazené pod falešným dnem čistěním horkou vodou pod tlakem, uváděnou zdola a otvory ve falešném dnu je vyčistí propláchnutím horkou vodu shora. Tato velmi zředěná sladina má vysoký obsah SS, lipidů a polyfenolů a tradičně se její opakované použití v procesu považuje za nepřijatelné. Následkem toho se vypouští do ČOV. Tyto ztráty vody, energie a extraktu jsou významné. Odpadní voda ze zcezovací kádě významně přispívá k celkovému množství odpadních vod z pivovaru. „Síla“ odpadní vody ze zcezovací kádě závisí na několika faktorech. Pokud jde o bilanci vody, čím je nižší obsah vlhkosti ve vyslazeném mlátu, tím větší je objem odpadní vody. Je výhodné dále snížit objem vypouštěné zředěné sladiny, ale je třeba dbát, aby se do sladiny nestrhával vzduch a neprodlužovala se doba sběru sladiny. Je také běžnou praxí používat kypření lože hrablem při vypouštění, aby se vypouštění zbytkové zředěné sladiny po ukončení sběru sladiny v kotli urychlilo. Čím agresivněji se tato technologie provádí, tím více jemných podílů propadne do odpadní vody. Vyšší úroveň zadrženého vyslazeného mláta pro vypuštění má nevyhnutelně za následek zachycení většího množství jemných podílů (a tedy i ChSK) pod falešným dnem a jejich smytí do odpadní vody při čistění prostoru pod falešným dnem. Aby se umožnilo opakované použití odpadní vody jako procesní vody pro vystírání, je nutné z těchto zředěných sladin odstranit velmi jemné a koloidní částice. Toho lze dosáhnout odstředěním, nebo dvoustupňovou filtrací., tj. hrubou filtrací plus ultrafiltrací. Po hrubé filtraci se odpadní voda dočistí v membránové jednotce s příčným tokem. Dosažené ekologické přínosy Snížené úrovně SS a ChSK v odpadní vodě. Provozní údaje Britský pivovar, uváděný zde jako příklad, vyvinul poloprovozní zařízení, které zpracovává specifickou odpadní vodu s vysokým zatížením odděleně od ostatních odpadních vod. Zcezovací káď produkovala přibližně 20 % z celkového zatížení odpadních vod z pivovaru, jak ukazuje tabulka 4.80. Parametr SS ChSK

Koncentrace Celková odpadní voda Odpadní voda ze z pivovaru (mg/l) zcezovací kádě (mg/l) 800 6540 2000 13100

Příspěvek zcezovací kádě k celkovému zatí žení (%) 27 22

Tabulka 4.80: Charakteristika odpadních vod v pivovaru

535

Kapitola 4 Před zahájením ultrafiltrace je nutné odstranit hrubé částice, větší, než 100 µm. 70 % suspendovaných látek se snadno usazuje a hrubou filtrací se pravděpodobně oddělí. Byly zkoušeny různé, do linky vestavěné samočistící filtry. Ze zkoušených velikostí pórů filtru se ukázala být pro odstraňování pevných látek s přijatelným obsahem vlhkosti (75 %) nejlepší velikost 30 µm. Tyto filtry byly dostatečně univerzální, aby si poradily s proměnlivostí zatížení pevnými látkami v nátoku a také poskytovaly vypouštěný pevný podíl nad filtrem (koláč), který bylo možné likvidovat s normálním vyslazeným mlátem a nevytvářet tak nový proud pevného odpadu k likvidaci. Po hrubé filtraci se odpadní voda vede do procesu membránové filtrace s příčným tokem. Výsledný koncentrát je stále dobře kapalný a nemá více, než 1 % sušiny. Jestliže by byl přidán k normálnímu vyslazenému mlátu s 75% vlhkostí, celkový obsah vlhkosti by vzrostl na 78 %. Ve scénáři nejhoršího případu se předpokládalo, že to je nepřijatelné a proto bude musit být koncentrát vypouštěn do ČOV. M embránový filtr s příčným tokem zachytil 99 % SS a 53 % ChSK a umožňuje pětinásobné zahuštění. Permeát z ultrafiltrace podstupuje 99% snížení suspendovaných pevných látek, 45% snížení polyfenolů a 99% snížení lipidů. Jak se uvádí, lze jej použít 1 až 3 krát jako náhražku horké vystírací vody v procesu. M á to za následek zvýšení obsahu polyfenolů o 13 mg/l a lipidů o 1 mg/l. Uvádí se, že se to považuje za přijatelnou odchylku procesu Snížení zatížení znečisťujícími látkami uvádí v přehledu tabulka 4.81.

Objem (m3 ) Celk. pevné látky (mg/l) ChSK (mg/l)

Odpadní voda ze zcezovací kádě 13 6540 13100

Odpadní voda z filtru 30 µ m 13 3110 13100

Ultrafiltrace 100 µ m permeát koncentrát 10,5 2,5 38 16010 7623 36104

Tabulka 4.81: Přehled výsledků snížení znečistění čistěním vody ze zcezovací kádě Ekonomika Uvádí se, že ve Spojeném království většina pivovarů vypouští odpadní vody k vyčistění do komunálních ČOV. KČOV, tj. obvykle vodárenská společnost, za tuto službu účtuje poplatek. Odhaduje se, že celkové náklady za vody ze zcezovací kádě činí asi 97 GBP na jednu várku. Za předpokladu 3000 várek za rok to je celkem zhruba 291000 GBP/rok. Snížená ChSK pro KČOV sníží náklady na odpadní vodu asi o 13 GBP na várku. Permeát, používaný jako vystírací voda, má za výsledek úsporu horké vody, která se skutečně dosahuje jen při patřičné bilanci horkých kapalin pivovaru. V tomto případě regenerovaná horká voda ještě potřebuje doplnit vodou. Odhadované celkové úspory činily asi 59 GBP na várku, či 176000 GBP za rok. Roční provozní náklady byly odhadnuty na (přibližně) 28000 GBP. Čisté úspory byly tudíž odhadnuty na cca 50000 GBP.Zařízení stálo asi 300000 GBP a odhadované období návratu investice je tudíž 2 roky. Realizovaly by se ještě další roční úspory ve výši 50000 GBP, kdyby byl koncentrát z UF zatížen normálním vyslazeným mlátem, namísto vypouštění do KČOV.

536

Kapitola 4 Náklady na takové zařízení se budou značně lišit mezi různými pivovary v závislosti na velikosti zcezovací kádě, průtoků, požadavku na vyrovnávací nádrž, způsobu likvidace pevných odpadů a stupni automatizace. V poloprovozu, z něhož jsou odvozeny tyto ekonomické údaje, nebyla technologie integrována do systému automatického ovládání pivovaru, ani nebyla připojena na systém CIP. Ačkoliv tyto faktory mohou pozměnit ekonomické hodnocení uvádí se, že realizace systému čistění odpadních vod ze zcezovací kádě by měla mít atraktivní finanční návratnost 1 až 2 roky. Literatura [102, UK, 2002] 4.5.7.8.4 Destilace

Uvádí se, že lihovar, zpracovávající melasu, používá dvoustupňový systém čistění odpadní vody (viz odst. 4.5.3.3.2). Hlavním zařízením je reaktor RGSB (viz odst. 4.5.3.2.8), v němž je organická zátěž převážně rozložena na plynný methan, který lze použít v místě, a produkují se jen malá množství kalu. Zátěž ChSK a dusíku se pak dále snižuje v reaktoru s aktivovaným kalem (viz odst. 4.5.3.1.1.). Proudový diagram a rozměry anaerobně – aerobního systému čistění odpadní vody v lihovaru znázorňuje obrázek 4.48.

537

Kapitola 4

Ze s tanic e napá jec íc h č erpa del, Q = 2 0 m 3 /h

NaO H S top ové p rvk y

Úpra váren ský ob jem a si 35 m 3

Poc ho de ň

Re akt or USA B, ob jem a si 25 0 m3

Bio plyn

P ře byt ečn ý ka l (an ae rob ní)

S tlače ný vzdu ch

Ná drž s aktivo van ým kalem, ob jem a si 3 46 m 3

Te pe lná e ne rgie Elekt řin a

Kog en erčn í jed no tka

Skla d p ele t, o b je m a si 3 5 m 3

P ře byt ečn ý ka l A erob ní Za hu šťova č ka lu, o bje m asi 3 5 m3

Kon co vá čiřící nádrž , objem asi 1 90 m 3 Deka nt ér V ýstu p d o čerpa cí stan ice od pa dn ích vod , p růto k 2 0m 3 /h

L ik vid ace ka lu d o KČO V n eb o na závlah y

Obrázek 4.48: Anaerobně-aerobní systému čistění odpadní vody v lihovaru [65, Germany, 2002] 4.5.7.8.5 Víno

Pevné podíly jako zbytky hroznů nebo rmutu, filtrační koláče, sedimenty atd., které nejsou odstraněny u zdroje, mohou být odděleny mechanicky. Uvádí se. že se ve vinohradech používají odpařovací laguny (viz odst. 4.5.3.1.4) a rozptylování na půdu (viz oddíl 4.1.6).

538

Kapitola 4 Primární čistění se používá k odstranění snadno se usazujících SS. Používají se tyto technologie: • • • • • •

mechanické odlučování (česle, síta, atd.) (viz odst. 4.5.2.1) vyrovnávání průtoků a zatížení (viz odstavec 4.5.2.3) neutralizace (viz odstavec 4.5.2.4) sedimentace (viz odstavec 4.5.2.5) odstřeďování (viz odstavec 4.5.2.8) srážení (viz odstavec 4.5.2.9).

Po primárním vyčistění může být odpadní voda expedována do KČOV, pokud je přijatelná, nebo ji lze dále čistit v závodě. Během sekundárního čistění mohou kvasinky vyvolat vážné problémy. Kvasinky aktivovaného kalu mohou zahynout a být vymyty. Proto je nezbytným krokem primárního čistění oddělení kvasinek a ostatních pevných látek. Anaerobní procesy (viz odstavec 4.5.3.2) a zvláště anaerobní laguny (viz odstavec 4.5.3.2.1) a anaerobní filtry viz odstavec 4.5.3.2.3) jsou, jak se uvádí, zvláště vhodné metody čistění pro odpadní vody z vinařských závodů. Případně lze používat aerobní procesy (viz odstavec 4.5.3.1), např. v malých vinařských závodech s malými objemy odpadních vod se používá provzdušňované skladování po dobu tří měsíců. Používá se aktivovaný kal (viz odstavec 4.5.3.1.1) nebo biologické sprchy (viz odstavec 4.5.3.1.5). Systémy s aktivovaným kalem bývají předimenzované, kvůli sezónním rozdílům a jsou tudíž investičně a provozně nákladné. O biologických sprchách se uvádí, že mají účinnost asi 70 % a vyžadují tudíž další dokončovací čistění. Terciární čistění (viz oddíl 4.5.4) se užívá jako dokončovací stupeň pro odstranění zbývajícího znečistění. 4.5.7.9 Kyselina citrónová Odpadní voda z výroby kyseliny citrónové má vysokou ChSK, sloučeniny obsahující vápník a síru, pocházející ze srážení a rozkladu, a vysoké koncentrace amoniového dusíku ze surovin (melasy) a z fermentace. Asi 25 % objemu surové odpadní vody je silně znečistěno a představuje asi 90 % celkového zatížení ChSK. Tato silně znečistěná odpadní voda se nejprve předčistí anaerobním vyhníváním, které produkuje bioplyn s vysokým obsahem síry. Odpadní voda čistěná v anaerobním reaktoru a ostatní voda se pak smísí dohromady a dále čistí. Emisní úrovně odpadní vody po vyčistění, vztažené na tunu výrobní kapacity, uvádí tabulka 4.82. Parametr Objem ChSK BSK5 NH4 - N NO3 - N PO4 - P

Jednotka m3 /t kg/t kg/t kg/t kg/t kg/t

Průměrná hodnota 40 20 1 0,2 0,08 0,04

Tabulka 4.82: Emisní úrovně odpadní vody na tunu instalované výrobní kapacity fermentace kyseliny citrónové [151, Austrian contribution, 2002] 539

Kapitola 4

4.6

Prevence nehod

Jedním z nevýznamnějších potenciálních dopadů na životní prostředí, souvisejících s výrobnou FDM , je nehoda, která může znečistit životní prostředí a je obvykle charakterizována havarijním únikem materiálu přímo do atmosféry, vody nebo půdy, ačkoliv také může jít o havárii, která způsobí vznik odpadu, kterému se jinak lze vyhnout. Například havarijní únik obsahu nádrže se surovinou, např. mlékem, nebo produktem, např. rostlinným olejem, nebo pomocným materiálem, jako je amoniak, může mít významný a škodlivý dopad na místní vodoteč nebo zásoby vody. Takovéto nehody se mohou stát během běžných nebo neběžných operací. Existuje několik fází řízení havarijních úniků; popisují se v oddílech 4.6.1 až 4.6.6. Stručně řečeno, jsou to tyto fáze. • • • • •

identifikace potenciálních nehod, které mohou znečistit životní prostředí provedení hodnocení rizik pro identifikované potenciální nehody za účelem určení pravděpodobnosti jejich výskytu a potenciálního specifického typu a vážnosti poškození životního prostředí vypracování regulačních opatření pro zabránění, vyloučení, nebo snížení na přijatelnou míru, rizik souvisejících s identifikovanými potenciálními haváriemi vypracování a realizace havarijního plánu vyšetření všech havárií a havárií které bezprostředně hrozily, aby se zjistily jejich příčiny a přijetí opatření, zabraňujících jejich opakování.

4.6.1

Identifikace potenciálních nehod

Popis Nehody mohou být vznikat jak výsledek např.: • • • •

ztráty uzavření z hromadného skladu, např. netěsnost, rozlití, havárie nádoby ztráta uzavření v důsledku selhání řízení procesu výpadek nebo nesprávná funkce technologie čistění na konci potrubí výpadek dodávky technických služeb, např. vody nebo elektřiny.

Informace o identifikovaných potenciálních nehodách lze pak použít při hodnocení rizik (viz 4.6.2). K informacím, které lze použít, patří: a)

Informace o surovinách v místě

Potenciál pro nehody či havárie je významně ovlivňován surovinami, pomocnými látkami, meziprodukty, produkty a odpady, které jsou v závodě a proto je důležité: • •

•

vést soupis látek. Zákon může požadovat, aby byl poskytován havarijním službám vyhodnotit jejich potenciální ekologická a bezpečnostní rizika: Dobrým zdrojem bezpečnostních a ekologických informací jsou bezpečnostní listy, dodávané dodavatelem látky a technické listy výrobků, běžně vypracovávané uvnitř společnosti mít informace o množstvích uložených v lokalitě a o jejich přesném umístění.

540

Kapitola 4 b)

Identifikace emisí z jednotkových procesů a soupis emisí

Je důležité, aby všechny potenciální toky a emise, které by mohly být zdrojem abnormálního výskytu a havarijního úniku, byly identifikovány. Optimální způsob, jak to provést, je projít každý proces a zjistit všechny potenciální emise do každého z prostředí. Typicky k nim náležejí: • • • • • • •

dodávky surovin hromadné skladování surovin drobné skladování surovin, soudky, pytle, nádoby meziskladu hromadných surovin (IBC) výroba balení paletizace skladování.

Stejně jako se posuzují tyto procesy, je třeba posoudit také pomocná zařízení a procesy v lokalitě. K nim obvykle patří: • •

technické služby, tj. kotelna, stlačený vzduch, úpravna nebo čistírna vody, systémy s amoniakem vnitrozávodní doprava, např. vysokozdvižné vozíky.

Zvažují se také možné scénáře, které mohou vyústit v havarijní náhlý vzrůst hladiny hluku v hranicích závodu. c)

Plán areálu závodu

Situační plán závodu se používá k zobrazení kanalizační soustavy závodu a regulačních a zmírňovacích mechanismů, které již jsou v užívání; skladů hromadných materiálů a skladišť, sudů pro volně ložené materiály a pro materiály zvláště nebezpečné; místa překládky a přenosu, jako jsou potrubí s nebezpečnými látkami; místa důležitých atmosférických emisí, stejně jako citlivá rozhraní a receptory. Důležité je, aby byl plán stále aktualizován. d)

Umístění závodu vzhledem k receptorům emisí v životním prostředí

Podle látky, která unikla v důsledku havárie, může být poškození považováno za globální problém, nebo dopad znečistění může být významný pouze pro okolí závodu. Abychom pochopili potenciální ekologický dopad, jaký může mít havarijní únik, je důležité znát lokální ekologickou situaci. Ačkoliv mezi závody existují oblasti podobnosti, existují také určitě rozdíly. Například výrobna umístěná na venkově bude mít pravděpodobně jiné ekologické problémy, než závod nacházející se v obydlené nebo v průmyslové oblasti. Havarijní úniky atmosférických emisí, pachů a náhlý vzrůst hluku jsou pravděpodobně klíčové otázky pro závody, stojící v blízkosti sídlišť, kdežto dopad na vodoteče a život v přírodě může být vážnější problém na venkově. Je potřebné vzít v úvahu otázky obtěžování veřejnosti, zejména tam, kde se vypouští povrchová voda nebo vyčistěná průmyslová odpadní voda do místního toku, nebo kde je potenciální riziko znečistění spodních vod.

541

Kapitola 4 Kromě toho je užitečné mít základní znalosti o geologické a hydrogeologické struktuře oblasti, v níž je závod vybudován. Je-li závod situován na jílovitých půdách, potom bude pokaždé trvat déle, než uniklá látka pronikne do jakýchkoli spodních vod pod ním, než když je podklad písčitý nebo tvořený propustnými vrstvami. Průzkum na místě může odhalit všechny faktory v životním prostředí a identifikovat ty zvláště citlivé, jako jsou: • • • • • • •

sběrná vodoteč, přijímající vyčistěnou nebo povrchovou vodu sídliště na hranicích závodu lokální objekt zájmu cestovního ruchu v blízkosti závodu, apod. místní školy, nemocnice citlivá zvodnění místa zvláštního vědeckého zájmu oblast výjimečných přírodních krás.

e)

Historie lokality

Cílem zdokumentování historie lokality je doložit, že místo je prosté ekologických problémů, které mají původ v minulých činnostech. Shromážděné informace mohou také stanovit výchozí úroveň, vzhledem k níž se posuzuje dopad každého havarijního úniku, k němuž může dojít v budoucnosti. Hlavním problémem bývá buď kontaminovaná půda nebo kontaminovaná spodní voda. To může mít původ v takových zdrojích, jako jsou podzemní skladovací nádrže, špatné hrazení a ochrana před úniky, skládkování na místě, netěsné stoky apod. Z dokumentace minulého užívání pozemku lze identifikovat plochy, kde mohlo dojít ke znečistění a kde, je-li to nezbytné, lze provést průzkum, včetně odebrání a analýzy vzorků půdy a spodní vody. Průzkumy tohoto druhu se pravděpodobně provedou jen v případě přiměřeného podezření, že existuje logické riziko, že je půda nebo spodní voda kontaminována. f)

Další informace

K ostatním faktorům, které pomohou při identifikaci potenciálních zdrojů ekologických nehod, patří: • • g)

dřívější incidenty, včetně potenciálních nehod, technické prostředky, prostředky řízení a kontroly provozu, které jsou instalovány a zavedeny a potenciální selhání těchto prvků lidské chování, vztahy mezi obsluhou zařízení a výrobními operacemi a potenciál pro ekologické příhody, způsobené lidským chováním. Členěné metodiky

K identifikaci potenciálních nehod lze použít členěné („strukturované“) techniky. Těmito metodikami se podrobně zkoumají proudové diagramy studované výrobní operace. Příkladem takových metodik jsou HAZOPS (Studie nebezpečnosti a provozovatelnosti), FM EA (Analýza režimů a účinků havárií) a SWIFT (Členěná metodika „Co kdyby“). Tyto metody však mohou být časově a finančně náročné a nepoužívají se v závodech, kde jsou procesy a jednotkové operace poměrně jednoduché. Dosažené ekologické přínosy Snížené riziko nehod či havárií, které mohou znečistit životní prostředí.

542

Kapitola 4 Použitelnost Použitelné ve všech závodech FDM. Jsou-li však potenciální havárie identifikovány již v projektové fázi závodu, jejich prevence může být do projektu začleněna mnohem snadněji a hospodárněji, než když se opatřuje dodatečně. Důvody pro realizaci Snížené riziko nehod nebo havárií, které mohou znečistit životní prostředí. Příklady výroben Uplatňuje se v mnoha závodech.

4.6.2

Hodnocení rizik

Popis Hodnocení rizik je důležitou součástí postupu řízení; uplatnění této metodiky určí, zda vedení dojde k názoru, že existuje nějaké významné riziko, že dojde k havárii. Hloubka a druh prováděného hodnocení rizik obvykle závisí na charakteristice a umístění závodu. Je nutno vzít v úvahu měřítko a povahu činností, které se ve vyšetřovaném závodě provádějí a jejich rizika pro životní prostředí, včetně lidí. Nebezpečí je cokoli, co může potenciálně způsobit poškození. Riziko je pravděpodobnost, že nebezpečí způsobí nějaké konkrétní poškození někomu nebo něčemu, tj. zda je nízká nebo vysoká možnost, že bude poškození způsobeno tímto nebezpečím. a)

Váha rizik

Některé příklady váhy rizik, hodnocené stupnicí od 0 do 4, v níž 4 je nejvyšší riziko, jsou tyto: • •

• b)

únik (rozsypání) pevné látky, která je úplně zachycena a může být použita, by nezpůsobil obvykle žádné poškození a byl by tudíž hodnocen nulou (0); jestliže únik způsobí velmi krátkodobou a málo vážnou kontaminaci části půdy v závodě, bude hodnocen 1. Avšak jestliže látka pronikne do spodní vody a mohla by způsobit škody v regionálním měřítku znečistěním vodních zásob, bude hodnocen čísly 2 až 4 podle znečisťující látky, množství o které jde a citlivosti spodní vody, např. zda se používá jako zdroj pitné vody jestliže se uniklá látka dostane do systému kanalizace povrchových vod, dojde k menšímu, střednímu nebo většímu poškození lokálního životního prostředí. Podle měřítka a toxicity uniku látky bude tato událost hodnocena čísly 2, 3 nebo 4. Pravděpodobnost Pravděpodobnost výskytu závisí na tom, zda jsou již zavedena a dodržují se všechna nezbytná preventivní opatření, např. nařízená zákonem a přijatá, např. jako vnitrostátní, mezinárodní nebo odvětvové normy, jež se vztahují na procesy a operace specifické pro daný závod. Pravděpodobnost lze také bodově ohodnotit, např. stupnicí od 1 do 5, kde 5 značí nejvyšší pravděpodobnost.

543

Kapitola 4 c)

Hodnocení celkového rizika

Celková úroveň rizika se získá násobením bodového hodnocení vážnosti bodovým hodnocením pravděpodobnosti. Použití hodnocení umožňuje provádět systematickou analýzu potenciálních nehod a pomáhá stanovit priority opatření pro řízení rizik, což zajistí, že se nejdůležitější rizika řeší jako první. Dosažené ekologické přínosy Snížené riziko nehod a havárií, které mohou znečistit životní prostředí. Provozní údaje Hodnocení rizik zastarává, jakmile se změní technické nebo provozní podmínky. Aby se zajistilo, že je účinné, je potřebné je aktualizovat periodicky a vždy, když v závodě dojde k významným změnám, např. k zavedení nové jednotkové operace. Citlivost veřejnosti nemusí být nutně v souladu s poškozováním životního prostředí nebo plněním zákonných požadavků. Pravděpodobněji se posoudí podle počtu stížností od veřejnosti a regulačních orgánů a zájmu, který tyto strany projevují o činnosti, spojené s lokalitou. Použitelnost Použitelné ve všech nových i stávajících závodech FDM . Důvody pro realizaci Snížené riziko nehod a havárií, které mohou znečistit životní prostředí. Příklady výroben Uplatňuje se v mnoha závodech.

4.6.3

Identifikace potenciálních havarijních úniků, vyžadujících kontrolu

Popis Jakmile jsou hodnocení rizik provedena, je nutné označit události, které mohou mít významný ekologický dopad a které nejsou v současnosti patřičně pod kontrolou.To se provádí pomocí výsledků hodnocení rizik. tento bodovací systém může být použit pro identifikaci priorit pro zásah. Ty se mohou časem měnit jako součást nepřetržitého programu zlepšování životního prostředí. Dosažené ekologické přínosy Snížené riziko nehod či havárií, které mohou znečistit životní prostředí. Pokud jsou však potenciální havárie identifikovány již v projektové fázi závodu, jejich prevence může být do projektu začleněna mnohem snadněji a hospodárněji, než když se zajišťuje dodatečně. Použitelnost Použitelné ve všech nových i stávajících závodech FDM . Důvody pro realizaci Snížené riziko nehod či havárií, které mohou znečistit životní prostředí.

544

Kapitola 4 Dosažené ekologické přínosy Snížení objemu kalu

4.6.4

Identifikace a realizace potřebných kontrolních opatření

Popis M usí být provedeno hodnocení identifikovaných zdrojů potenciálních havarijních úniků, aby se zjistilo, zda jsou potřebná nová kontrolní opatření, nebo zda je třeba zlepšit stávající kontrolní opatření. M ohou se zvážit tato obvyklá kontrolní opatření: • • • • • a)

postupy řízení provozní postupy preventivní technická opatření zachycování a uzavření prostoru projekt a řízení procesu. Postupy řízení

M ohou být zavedeny postupy systému řízení pro hodnocení nových činností v závodě a vezmou se v úvahu ekologické problémy, včetně možnosti havarijních úniků. K těmto postupům patří: • • • •

b)

postupy pro hodnocení ekologického rizika, spojeného s novými surovinami zajištění, že jsou realizována patřičná kontrolní opatření kontrola slučitelnosti s ostatními materiály a surovinami, s nimiž mohou při nehodě přijít do styku realizace postupů pro hodnocení nových procesů, aby bylo zajištěno, že se už ve fázi konstrukce počítá s patřičnými kontrolně-regulačními opatřeními pro zabránění havarijním únikům, nebo jejich omezení na minimum. Provozní postupy

Je potřebné vypracovat provozní postupy, které pokryjí kritické položky výrobního zařízení a zajistí, že se riziko nehod sníží na minimum. Příkazy pro obsluhu výrobního zařízení obsahují např.: • • • c)

provádění běžných kontrol potenciálních zdrojů havarijních úniků a všech kontrolních opatření, která mohou být zavedena provádění pravidelných kontrol zařízení pro omezování znečistění, jako jsou nohavicové filtry, cyklony a zařízení pro zpracování odpadu provádění pravidelných prohlídek podzemních skladovacích nádrží, záchytných bazénů atd. Preventivní technická opatření

Jedním z příkladů může být: •

postavení vhodných zábran bránících poškození zařízení pohybujícími se vozidly.

545

Kapitola 4 d)

Zachycování a uzavření prostoru

Takovým opatřením může být například: • • • •

použití ohrazení nebo hráze pro hromadné skladování materiálu použití vybavení pro případy rozlití, aby se omezil dopad havarijního úniku uzavírání kanalizace zachycování nebo potlačení havarijních úniků z pojistných ventilů a průtržných membrán.

e)

Projektování a řízení procesů

Výrobní zařízení je potřeba projektovat a řídit tak, aby bylo riziko havarijních úniků materiálu buď vyloučeno nebo sníženo na přijatelnou míru. Opatření v projekci a řízení mohou zahrnovat: • •

použití technických prostředků pro sledování účinnosti čistících zařízení, např. tlakového spádu na nohavicových filtrech používání technických prostředků zabraňujících přeplnění skladovacích nádrží, např. snímačů hladiny, signalizace maximální hladiny, zavírání přívodu při dosažení určené hladiny.

Dosažené ekologické přínosy Snížené riziko nehod a havárií, které mohou znečistit životní prostředí. Použitelnost Použitelné ve všech nových i stávajících závodech FDM . Důvody pro realizaci Snížené riziko nehod či havárií, které mohou znečistit životní prostředí. Příklady výroben Uplatňuje se v mnoha závodech.

4.6.5

Vypracování, realizace a zkoušky havarijního plánu

Popis Je potřebné vypracovat a zavést do praxe havarijní postupy a plány, aby bylo zajištěno, že v případě havárie bude možné obnovit normální situaci s minimálním dopadem na životní prostředí. Jestliže se takový plán nevyzkouší, nemusí dobře fungovat, když k havárii dojde a je aktuální. Jestliže se změní podmínky, nebo povinnosti na místě, je zpravidla potřebné havarijní plán revidovat. Normálně se havarijní (krizové) plány zpracovávají pro celou lokalitu (závod) a postihují bezpečnostní a významná ekologická rizika. Havarijní postupy, vztahující se na shora zmiňovaná významná ekologická rizika, lze potom začlenit do celkového havarijního plánu. Typický havarijní plán pro ekologické nehody obsahuje tyto složky: •

úlohy a povinnosti jednotlivců jsou zřetelně definovány, včetně:   postupů pro obsluhy, které zůstávají, aby obsluhovaly kritické operace   postupů pro únik a únikových cest   postupů, které je třeba vysvětlit všem zaměstnancům.

546

Kapitola 4 • • • •

určení záchranářských a zdravotnických služeb stanovení a schválení postupů pro hlášení mimořádných situací a informování příslušných orgánů ochrany životního prostředí a havarijních služeb podniknutí akcí pro snížení dopadu každé ekologické nehody na minimum vyhotovení jmenného seznamu zaměstnanců.

Například se doporučuje zavést havarijní postupy, které se použijí při událostech, v nichž by mohlo dojít k havarijnímu úniku: • • • •

amoniaku kapalných surovin nebo hromadně skladovaných produktů, např. surového jedlého oleje, mléka prachu ze sušárenských operací, např. rozprašovacího sušení potenciálně nebezpečných pomocných materiálů, např. biocidů, motorové nafty, atd.

Hlavním cílem havarijního plánu je obnovit co nejrychleji normální podmínky s minimálním účinkem na lokální životní prostředí. Havarijní situace se velice různí měřítkem a složitostí; je důležité, aby havarijní plány byly dostatečně přizpůsobivé pro řešení drobných i velkých případů, a také dostatečně jednoduché, aby mohly být rychle realizovány. Účinky potenciálně katastrofických nehod mohou být podstatně sníženy systematickou přípravou a pravidelným a důkladným testováním plánů s poučenými a vyškoleným personálem. V mimořádné situaci již není čas rozhodovat, kdo velí, hledat zdroje pomoci u externích orgánů, nebo školit lidi, jak reagovat v mimořádných situacích. To musí být zajištěno předtím, než jakákoli mimořádné situace vznikne. K dalším důvodům pro vypracování havarijních plánů patří: a)

zkrácení doby uvažování, když dojde k nehodě, co dělat; toto může významně omezit následky, např. úrazy osob, škody na majetku, účinky na životní prostředí a obchodní ztráty

b)

zajištění, že situace bude uspořádaná, nikoli chaotická;

c)

zmenšení nežádoucí publicity, protože vážné nehody by mohly mít dopad na pověst organizace a následně na odbyt a vztahy s veřejností;

d)

splnění zákonné povinnosti, protože v mnoha zemích se havarijní plány vyžadují;

e)

splnění ustanovení o informování externích orgánů, veřejnosti, sdělovacích prostředků a nejvyššího vedení společnosti.

Havarijní plán může také zajistit realizování patřičných technických kontrolně regulačních opatření pro omezení následků nehod; jsou to např zařízení pro zachycování úniků oleje, uzavírání odtokových kanálů, hlášení příslušným orgánům, postupy při evakuaci, atd. Dosažené ekologické přínosy Snížené riziko nehod a havárií, které mohou znečistit životní prostředí. Použitelnost Použitelné všude, kde existuje významné riziko znečistění následkem havárie.

547

Kapitola 4 Důvody pro realizaci M inimalizace znečistění, které je následkem havárie, omezení pak poškození dobrého jména společnosti; omezí různé vícenáklady spojené s obnovením postiženého místa zákonné pokuty z odpovědnosti za škody. Příklady výroben Uplatňuje se v mnoha závodech.

4.6.6

Vyšetření všech nehod a situací, v nichž havárie bezprostředně hrozila

Popis Lze se poučit z vyšetření všech nehod a situací, v nichž nehoda či havárie bezprostředně hrozila. Důvody pro vznik havarijních situací lze identifikovat a lze přijmout opatření, jimiž se zabrání jejich opakování. Pokud se vznik havarijní situace nevyšetří, může se promeškat příležitost zabránit příště vážné havárii. Vedení záznamů může pomoci zajistit provádění zásahů stejně jako preventivních kontrol. Dosažené ekologické přínosy Snížené riziko nehod či havárií, které mohou znečistit životní prostředí. Provozní údaje Příkladem havarijní situace je např ponechaný otevřený ventil prázdné skladovací nádrže, kterého si někdo všimne dostatečně včas, než se nádrž znovu naplní. Zavedení a používání technického nebo provozního řešení, které tomu zabrání, může předejít pozdější nehodě, kdyby se kapaliny čerpaly do otevřené nádrže,a tedy přímo do ČOV, nebo na dvůr, do povrchové nebo i spodní vody. Zabrání se jak vzniku odpadu, tak havarijnímu úniku. Použitelnost Použitelné ve všech nových i stávajících závodech FDM . Důvody pro realizaci Snížené riziko nehod či havárií, které mohou znečistit životní prostředí. Příklady výroben Uplatňuje se v mnoha závodech.

548