Domovní čistírny odpadních vod II • Obsah : – DESAR – systémy s oddělením moči – Vegetační ČOV – Biologické rybníky, biologické nádrže
DESAR – nový přístup ..budoucnost v čištění malých zdrojů, aneb dělení odpadních vod v místě vzniku podle původu na šedé, černé a žluté..
Barevné vody – Šedé vody - vody z praní, koupání apod. – Černé vody - voda z WC – Žluté vody - moč - pokud se sbírá odděleně
Nutrienty (3kg/rok)
Šedé vody (2200 l/rok)
Žluté vody (500 l/rok)
Černé vody (1800 l/rok)
N
8%
85%
7%
P
40% (praní)
35%
25%
K
26%
57%
17%
CHSK
44%
11%
45%
Závěr – převážná část nutrientů je v moči a tak má smysl ji oddělit ..
Záchodová mísa pro oddělení moči
Zařizovací předměty na oddělení moči jsou již běžně k dostání ….
Moč a co s ní..? ..je
již technicky vyřešeno, otázkou je legislativa.. Malé zdroje : -Nechat půl roku odstát a pak po naředění je možno použít na zálivku (doporučení WHO) Velké zdroje : -Výroba hnojiv stripováním nebo chemickým srážením s tím, že výsledným produktem je struvit ..experimentuje se dále např. s vymražováním apod..
Hospodaření s barevnými vodami
..tím,že voda obsahuje minimum nutrientů je pak možné snadněji likvidovat, nebo recyklovat…. např. šedou vodu likvidovat v mokřadech a tuhé odpady využít přímo na výrobu bioplynu a hnojiv ..
Hospodaření s barevnými vodami
V zahraničí se tyto postupy používají hlavně u velkých administrativních budov nebo hotelů – v některých zemích (Japonsko) je to přímo předepsané recyklovat část odpadních vod u velkých hotelů.. (tj. kombinuje se DESAR a membránové ČOV)
Další příklady pilotních studií Příklad řešení motorestu v Norsku
V našich podmínkách je možné si představit využití této technologie u motorestů a dalších objektů, kde zejména moč působí v ČOV problémy díky vysokému obsahu amoniakálního dusíku a kde není možné tyto objekty napojit na velké ČOV
Příklady pilotních studií
Příklady pilotních studií
DESAR shrnutí • Výhody technologie s rozdělením vod podle jejich původu: – Minimalizují množství vypouštěných nutrientů – Šetří náklady na čištění – Umožňují bezproblémové vypouštění do podzemních vod (po stránce technické) – Ve spojení s mikrofiltrací jsou pak i efektivním řešením pro recyklaci vod, nebo-li jejich znovupoužití
„Zelené“ technologie • Vegetační ČOV (zatím spíše pro méně EO) • Biologické rybníky, biologické nádrže
Vegetační ČOV .. jsou alternativou zejména pro malé zdroje a tam, kde je nerovnoměrný nátok během roku (případně dokonce jen v létě) a tam kde není možnost napojení na el. energii… u větších čistíren se s vegetativními způsoby stále ještě experimentuje tj. zatím se nepoužívají jako na běžícím pásu..
Vegetační ČOV • Přehled o realizacích v Evropě (2007) 300
250
200 ks Počet přírodních ČOV
200
150
100
50
0 BUL
CZE
EST
HUN
LIT
LAT
POL
ROM
SVK
SLO
UKR
Vegetační ČOV • Přehled o realizacích v ČR (podle Vymazala a Kröpfelové)
Byly použity zejména pro malé lokality a sezónně obývané objekty…
Vegetační ČOV • Výsledky sledování účinnosti vegetačních ČOV
…..odstranění BSK, CHSK, NL výborné zejména u málo zatížených vod, …..odstranění nutrientů P a N již méně…a i cena realizace byla vyšší..
Vegetační kořenové čistírny odpadních vod Vegetační kořenové čistírny (půdní filtry s vegetací) se • • • • •
navrhují v uspořádání: S horizontálním povrchovým prouděním S horizontálním podpovrchovým prouděním S vertikálním prouděním směrem dolů S vertikálním prouděním směrem vzhůru S radiálním prouděním směrem do středu
Vegetace kořenových čistíren rákos obecný, orobinec úzkolistý a širokolistý, skřípinec jezerní, chrastice rákosovitá, zblochan vodní aj.
Vegetační kořenová čistírna •
Na poli s rákosem uplatněno
vertikální proudění
• Na poli s rákosem uplatněno
horizontální proudění
Potřebná plocha na 1 EO – orientačně 5 m2
Vegetační ČOV • Přednosti a výhody – Jednoduché na obsluhu – Estetická stránka
• Nevýhody – – – –
Potřebná plocha Neflexibilní řešení problému Nižší schopnost odstraňování nutrientů Neověřené pro větší kapacity
Doporučená literatura : Šálek, Žáková, Hrnčíř - Přírodní čištění a využívání vody bližší informace o knize na www.era21.cz
Biologické nádrže Jsou také možným alternativním řešení, většinou tam kde díky kanalizaci odtékají vody méně znečištěné, nebo jen mechanicky předčištěné a jako případný další stupeň čištění v případech kdy to vyžaduje ohled na lokalitu.
Řešení s biologickou nádrží a např. maloprofilovou kanalizací
septiky
obec
biologická nádrž
Řešení s biologickou nádrží Přednosti biologických nádrží spočívají: • V poměrně jednoduchém stavebním provedení • Srovnatelných investičních nákladech s umělou mechanicko-biologickou čistírnou • Nižších provozních nákladech a úspoře energií • Možnosti nárazového přetížení a čištění odpadních vod s vysokým podílem balastních vod • Ve vysokém čisticím účinku při odstranění bakteriálního znečištění • Poutání nutrientů vodní a příbřežní vegetací • Ve zvýšení úživnosti dočišťovacích rybníků • Environmentální charakter zařízení, možnosti příznivého začlenění do životního prostředí
Řešení s biologickou nádrží K slabším místům této technologie patří: • Poměrně velká potřeba plochy biologické nádrže na 1EO • Určitá závislost čisticího účinku na klimatických poměrech • Nižší čisticí účinek v zimě bez přídavné aerace • Poměrně dlouhá doba potřebná k odstranění amoniakálního znečištění • U nás doposud nedostatek vhodných zařízení na těžbu sedimentů a odstraňování nadbytečné biomasy • Potřeba umělé aerace v zimě a při přemnožení a následném odumírání řas a sinic v teplém letním období
Možnosti uplatnění biologických nádrží Aerobní biologické nádrže se používají: • K čištění splaškových odpadních vod domů, vesnic a menších měst • K čištění odpadních vod hotelů, rekreačních zařízení, letních táborů apod. • K úpravě srážkových vod a čištění znečištěných povrchových vod • K dočištění čištěných odpadních vod za mechanicko-biologickými čistírnami
Stabilizační nádrže Stabilizační nádrže se dělí na: a) Nádrže upravující fyzikální vlastnosti vody • Chladící, jsou určené k chlazení oteplených vod • Oteplovací, používají se k přírodnímu ohřevu vody • Sedimentační slouží k zachycení usaditelných látek b) Nádrže upravující fyzikální, chemické a biologické vlastnosti tvoří • Aerobní biologické nádrže s aerobním procesem čištění odpadních vod • Fakultativní biologické nádrže s přechodným procesem anaerobního- aerobního čištění • Anaerobní biologické nádrže s převládajícím anaerobním procesem čištění
Rozdělení biologických nádrží Biologické nádrže určené k čištění odpadních vod se také dělí na: a) Aerobní biologické nádrže • Nízkozatěžované nádrže • Vysokozatěžované nádrže • Průběžně provzdušované nádrže • Dočišťovací nádrže (dočišťovací biologické rybníky) b) Fakultativní nádrže s přechodným anaerobním aerobním režimem čištění, předřazené aerobním BN c) Anaerobní biologické nádrže • Průtočné nádrže • Sedimentační nádrže • Akumulační nádrže
Limitní podmínky použití aerobních BN Aerobní BN jsou podmíněně vhodné resp. nevhodné k čištění odpadních vod: • S vysokým podílem organického znečištění (kejdou, močůvkou apod.) • Extrémně kyselých, zásaditých a odpadních vod obsahujících toxické látky v nadlimitní koncentraci • Z infekčních oddělení nemocnic, veterinárních léčeben, kafilérií apod. • Obsahujících deriváty ropy, radioaktivní látky a tenzidy v nadlimitní koncentraci • Půdní smyvy s vysokou koncentrací jílnatých částic a pesticidů
Čisticí procesy v biologických nádržích Čisticí procesy v aerobních biologických nádržích spočívají v sedimentaci usaditelných látek, biologické a chemické flokulaci, oxidaci, přeměně a poutání jednotlivých látek,příjmu organických sloučenin heterotrofními mikroorganizmy, fermentativním štěpení proteinů, biologické transformaci organického dusíku na amoniak, dusitany, dusičnany, asimilaci dusíkatých sloučenin autotrofními a heterotrofními mikroorganizmy aj. Na vazbě minerálních iontů z vody se významným způsobem podílejí vodní a pobřežní rostliny. Rychlost jednotlivých reakcí ovlivňují energetičtí a hydrologičtí činitelé, koncentrace a složení odpadních vod, mikrobiální znečištění, složení biomasy apod.
Zjednodušené schéma průběhu čisticích procesů v aerobních biologických nádržích Schéma a modelový výzkum
Odstranění mikrobiálního znečištění v BN Průběh odstranění mikroorganizmů v závislosti na době zdržení a teplotě podle Sauzeho (1976) Ct / Co = 1 / (1+K) kde K je rychlost odstraňování mikroorganizmů (viz graf) Co,Ct – množství mikroorganizmů na přítoku a odtoku při době zdržení t
Čisticí procesy v BN s plovoucí biomasou – stanovení kyslíkového režimu A - Aerobní zóna B - Přechodná anoxická zóna C - Anaerobní zóna D - Sedimenty
Postup při návrhu aerobních biologických nádrží (BN) na čištění odpadních vod • Vychází se z množství a složení odpadních vod • Navrhne se mechanický stupeň čištění a způsob nakládání s dešťovými vodami • Navrhne se potřebná plocha BN na 1EO, hloubka nízkozatěžovaných biologických nádrží se pohybuje od 0,8 do1,2 m. • Stanoví se uspořádání BN, počet sériově zapojených,biologických nádrží a kyslíkový režim • Navrhne se potřebná technologie a objekty • Vyhodnotí se čisticí účinek soustavy • Začlení se zařízení do krajiny, navrhnou se ochranná pásma kolem biologických nádrží • Vyřeší se způsob nakládání s kaly a odpady
Nezbytné mechanické čištění odpadních vod Požadavky na uspořádání mechanického stupně čištění předřazeného aerobním biologickým nádržím a) U jednotlivých malých producentů se požaduje funkční biologický septik s lapákem tuku b) U menších producentů (skupin domů apod.) se navrhují jemné ručně stírané česle, lapák písku a dvojice zemních usazovacích nádrží na střídavý odkalovací provoz c) U obcí a menších měst se navrhují jemné strojně stírané česle, lapák písku, dokonale funkční usazovací nádrže s minimálně 2 hodinovým zdržením (štěrbinové nádrže, usazovací nádrže s horizontálním prouděním a odděleným kalovým hospodářstvím.
Vybrané kombinace uspořádání biologických nádrží 1 až 5
Stručná charakteristika jednotlivých uspořádání 1) 2) 3) 4) 5)
Dvojice nízkozatěžovaných biologických nádrží doplněných přídavnou aerací v zimním období Anaerobní biologická nádrž s protipachovou aerací a několik stupňů aerobních biologických nádrží Fakultativní nádrž s přechodným režimem a minimálně dvě aerobní biologické nádrže Průběžně provzdušovaná biologická nádrž a aerobní biologické nádrže Dvojice nízkozatěžovaných biologických nádrží a následující akumulační nádrž pro krátkodobou akumulaci s následným využitím čištěných odpadních vod např. na závlahu
Zdroje kyslíku aerobních biologických nádržích Zdroje kyslíku v BN: • Přitékající povrchová voda • Balastní prokysličené vody • Přestup kyslíku hladinou na styku s atmosférou • Produkce kyslíku v procesu fotosyntézy řas a sinic • Prokysličení dopadem dešťových kapek a prokysličení větrem • Umělé provzdušení
Výzkum vlivu větru
Čisticí účinek aerobních biologických nádrží Výpočet čisticího účinku
Codt = Cpřít / (1+K1.t / n)n
(2)
kde Codt a Cpřít je hodnota BSK5 v odtékající a přitékající vodě (g.m-3) t – průměrná doba zdržení (d) n – počet sériově zapojených nádrží K1- „rychlost odstranění“ K1= f( objemového zatížení, teploty a doby zdržení) Objemové zatížení L=Cpř / t (g.m-3.d-1), vypočte se např. podle Uhlmanna (1983, 1985)
Výpočet součinitele rychlosti eliminace BSK5 podle Prof.Uhlmanna
Čisticí účinek biologických nádrží v závislosti na počtu nádrží a teplotě Stanovení výsledného čisticího účinku η: • n-počet nádrží (ks) • Spř - zatížení BSK5 (mg/l) na přítoku • t -doba zdržení (dny) • T-teplota odpadní vody ve (°C)
Blokové schéma matematického modelu stanovení čisticího účinku aerobních biologických nádrží
Orientační návrhové parametry aerobních biologických nádrží Návrhové parametry aerobní BN
Aerobní biologické nádrže Jednotka
Neprovzdušené
Provzdušené
Dočišťovací
Specifická plocha (1EO)
m2
10 až15
2 až 3
> 15
Střední hloubka
m
0,8 až 1,2
1,5 až 2,5
1 až 3
dny
20 a více
5 a více
10 až 30
Doba zdržení Oxidační poměr
1,5 a více
Schémata uspořádání aerobních biologických nádrží Příklady uspořádání aerobních BN: • Uspořádání pro malé obce do 200-500 EO • Průběžně provzdušované BN • Kombinace BN s akvakulturami • Kombinace BN se závlahou odpadními vodami • Dočišťovací BN
Schéma jednoduchého uspořádání BN pro obce do 600 EO 1-přítok odpadní vody 2-odlehčovací komora 3-jemné česle 4-lapák písku 5-štěrbinová usazovací nádrž 6,7-aerobní biologické nádrže 8-dešťová zdrž 9-vodní tok 10-hladinové aerátory 11-kalová pole 12-obtoky
Uspořádání jednoduchých aerobních biologických nádrží
Průběžně provzdušované aerobní biologické nádrže 1-přívod odpadní vody 2-jemné česle 3-usazovací nádrže 4- provzdušované nádrže 5-různé typy aerátorů 6-7-aerobní biologické nádrže 8-vyústění čištěných odpadních vod 9-regulační šachtice 10-dvojice usazovacích nádrží 12-obtoková a recirkulační potrubí 13-čerpací stanice na obtoku 14-vodní tok
Průběžně provzdušovaná BN
Schéma kombinace BN s akvakulturami 1-přívod odpadní vody, 2-oddělovací komora, 3-jemné česle, 4- provzdušovaný odstředivý lapák písku , 5-štěrbinová nádrž, 6-dešťová zdrž, 7- periodicky provzdušovaná aerobní biologická nádrž, 8-regulační šachtice a převodní potrubí, 9-aerobní BN, 10-nádrž s okřehky, 11-výtok z BN, 12-plovoucí rošty, 13-jímka na vytěžený okřehek, 14-vodní tok
Schéma kombinace BN se závlahou 1-přívod odpadní vody, 2-odlehčovací komora, 3-česle,4-lapák písku, 5štěrbinová usazovací nádrž, 6-dešťová zdrž, 7-vodní tok, 8-8a,b aerobní biologické nádrže, 9-akumulační nádrž, 10-rotační bubnové síto na zachycení biomasy, 11-kompostovací jímka na biomasu,12-čerpací stanice, 13-závlahové potrubí,14-aerátory, 15-kalové potrubí, 16-závlaha
Zajištění rovnoměrnosti průtoku v BN Rovnoměrnost průtoku se docílí těmito opatřeními: • Rozdělením přítoku po celé přívodní straně • Rozdělením odběru po celé odběrné straně • Nornými stěnami kolmo na směr průtoku • Sítěmi s řasovými nárosty kolmo na směr průtoku • Vegetačními plůtky kolmo na směr průtoku • Dělícími hrázkami mezi nádržemi, vytváření průtočných kaskád nádrží Rovnoměrnost rozdělení průtoků se řeší pomocí fyzikálních a matematických modelů, příklad výstupu z matematického modelu je znázorněn na dalším schématu
Rozdělení průtoku v biologické nádrži před a po uspořádání vtoků a výtoků (Jednotlivé značky znázorňují vektory rychlosti v příslušných bodech biologické nádrže)
Dělící sítové clony s řasovými nárosty (použité sítě výšky 1 m z plastů)
Dočišťovací biologické nádrže
Dočišťovací biologické nádrže jsou určené: • K zachycení a čištění povrchových smyvů ze zemědělsky obhospodařovaných půd • Dočišťování čištěných odpadních vod (tvoří druhý stupeň biologického čištění) • K úpravě (zlepšení) jejich fyzikálních, chemických a biologických vlastností, poutání a využívání nutrientů Při současném plnění jejich ostatních funkcí např. chovu ryb, zásobní a retenční funkci. Přiváděná znečištěná voda musí být rovnoměrně rozmístěná po celé nádrži, aby se docílilo maximálního dočišťovacího účinku a nevznikaly zkratové proudy
Pobřežní rostliny u dočišťovacích rybníků Orobinec úzkolistý a rákos obecný v litorální zóně
Objekty na aerobních biologických nádržích a) Měrná zařízení - měrné přepady, žlaby, měrná zařízení v potrubí, měření výšky hladiny,analyzátory aj. b) Rozdělovací a regulační objekty c) Nápustné a převodní objekty u jednotlivých nádrží d) Usměrňovací stavby, norné stěny v biologických nádržích e) Odběrné a výpustné objekty z biologických nádrží f) Bezpečnostní přelivy (u BN připojených na jednotnou stokovou síť a pod.) g) Aerační zařízení různého typu a uspořádání h) Zařízení na odstraňování nadbytečné biomasy a odkalování
Měrné objekty a) Měrný přepad
b) Měrný Parshallův žlab
Otevřené měrné žlaby a) Otevřeny venturimetr
b) Parshallův žlab
1-přívod odpadní vody, 2-vtok , 3-otevřený venturimetr, 4-odpad, 5tlakový, ultrazvukový aj. snímač výšky hladiny
Přívodní a výpustné zařízení - alternativa A 1a,b-biologické nádrže, 2-norná stěna, 3-regulační požerák z lPE, 4-převodní potrubí z lPE, 5-hráz, 6,7-výpustná šachtice
Přívodní a odběrné zařízení – alternativa B a) 1-přívodní potrubí, 2-šachtice, 3-rozdělovací potrubí, 4-rozrážeče, 5biologická nádrž b) 1-biologická nádrž, 2,6-výpustní potrubí s uzávěrem,3-odběrný žlábek, 4norná stěna, 5-šachtový přeliv, 7-přístupová lávka, 8-hráz
Přívodní a odběrné zařízení - alternativa C 1-přívod odpadní vody, 2-rozdělovací šachtice, 3-rozdělovací potrubí, 4těsnící membrána (u propustného podloží), 5-biologická nádrž,6-dlužová stěna, 7-šachtový přeliv, 8-výpustný objekt,9-9,11-výpustné potrubí, 10odběrné perforované potrubí
Umělé provzdušení aerobních biologických nádrží Druhy používaných aeračních zařízení: • Hladinové vrtulové aerátory, • Dnové trubní a deskové mikrobublinkové aerátory • Ejektorové aerátory aj. Dnové pneumatické aerátory, vzhledem k malé hloubce biologických nádrží, je možné použít jen v předřazené provzdušovací nádrži hloubky min. 2,5 m. Provoz aerátorů je ovládán kyslíkovými čidly, umístěnými v biologické nádrži
Uspořádání provzdušovacích zařízení na aerobních BN (Hladinové aerátory)
Provzdušované biologické nádrže
Plovoucí ejektorové aerátory používané na BN ve Francii v ČR dodává např. ASIO s.r.o.
Odstranění nadbytečné biomasy Plovoucí sběrné zařízení Odstraňování nadbytečné biomasy: • Mechanickým stíráním z hladiny • Zachycením pomocí rotačních bubnových sít na výtoku • Plovoucím sběrným zařízením – viz obrázek
Zařízení na sběr biomasy v ČR – ASIO s..r.o.
Odkalovací zařízení na BN používané v SRN Jednoduchý převozný (mobilní) sací bagr na odkalování biologických nádrží 1-biologická nádrž, 2-kal, 3-podvozek sacího bagru s rozrušovacím zařízením,4-pohon podvozku a rozrušovacího zařízení, 5-naviják, 6-kotva, 7-kalové čerpadlo, 8-plováky, 9-kalové potrubí, 10 naviják, 11- přívod na kalová pole resp. do cisterny, 12-kalové pole, 13-transportní cisterna
SCHÉMA SOUSTAVY BN v jižní Francii
Mechanické čištění OV
Anaerobní biologická nádrž
Příklad staršího jednoduchého uspořádání biologických nádrží v Christgrün SRN (Výzkumný objekt Prof.Uhlmanna TU Dresden)
Právě dokončená soustava biologických nádrží v dep. Hérault (jižní Francie)
Nakládání s odpady z aerobních biologických nádrží a) b) c)
d) e)
Písek z lapáku písku se vypere a využije, nebo odveze na skládku Stabilizovaný kal z primární sedimentace se odvodní a využije jako hnojivo, alternativně využije v tekutém stavu Sedimenty ze dna biologických nádrží se vytěží, odvodní na kalových polích, mělkých lagunách a dále se kompostují resp. využijí jako hnojivo Shrabky z česlí se vysuší a odvezou na skládku Zachycená plovoucí biomasa a mokřadní porosty z litorální zóny se kompostují a využijí jako hnojivo na zemědělských půdách
Závěr Předložená presentace stručnou formou pojednává o zásadách návrhu a využívání aerobních biologických nádrží. Podrobnosti s řešením této problematiky jsou uvedené v publikaci: Šálek-Tlapák: „Přírodní způsoby čištění znečištěných povrchových a odpadních vod“ ČKAIT Praha, 2006, 283 s.
Další zdroje informací • www.asio.cz
