OCHRANA VOD
Ing. Petr Stloukal Ph.D. Ústav ochrany životního prostředí Fakulta technologická Univerzita Tomáše Bati Zlín
Sylabus přednášky 1)
Pojmy, obory, legislativa
2)
Znečištění vod (samočistící schopnost vod, znečišťující látky, ukazatele znečištění)
3)
Technologie, kterými se ovlivňuje složení vod - Úprava pitných vod - Čištění odpadních vod
2
Sylabus přednášky
1)
Pojmy, obory, legislativa
3
Rozdělení vod Typy vod z hlediska ŽP
Přírodní
- Atmosférické
- Povrchové (tekoucí, stojaté, mořské) - Podzemní (prosté, minerální)
Odpadní
- Splaškové - Průmyslové
Rozdělení vod Přírodní vody
Atmosférické
-
veškerá voda v zemském ovzduší, bez ohledu na její skupenství
Povrchové
-
voda na zemském povrchu ve formě různých vodních útvarů Kontinentální (tekuté, stojaté), mořské
Podzemní
-
podpovrchová voda – voda v zemské kůře ve všech skupenstvích Přirozeně v horninovém prostředí vznik – infiltrace srážkových a povrchových vod, kondenzace vodních par v půdě. Rozmanité chemické složení – dle iontů (převážne Ca2+, Mg2+, dále pak Na+, K+, Fe3+, Al3+, Mn2+, atd.)
-
Rozdělení vod Přírodní vody
Rozdělení vod Odpadní vody
Splaškové
- vznik - každodenní lidská činnost (domácnosti, školy, úřadů, atd. - přibližně stejné složení.
- obsahuje i oplachové vody (vodu z mytí ulic) a dešťovou vodu ze srážek. - zpracovává se na městských čistírnách odpadních vod (ČOV).
Průmyslové
- vznik - průmyslové podniky (technologické vody, chladící vody) - míra a charakter znečištění - druh průmyslu, použité technologii výroby. - čistění buď přímo v podniku nebo přímo v městské ČOV.
Obory
Hydrologie - zabývá se zákonitostmi časového a prostorového rozdělení a oběhu vod, fyz. chem a biol. vlastnostmi. - hydrochemie: chemická charakterizace vod
Hydrogeologie - vyhledávání zdrojů podzemních vod a jejich ochranou
Vodní hospodářství - soubor činností k ochraně a rozvoji vodních zdrojů a k ochraně proti škodlivým účinkům vody - plánování, vyvíjení, rozšiřování a optimalizace
Ochrana vod
Základní dvě hrozby
- nedostatek - znečištění
Soubor opatření, sloužících:
- k ochraně vod před všemi druhy znečištění - k omezení a odstranění následků znečištění - k zabránění vyčerpání vodních zdrojů
Právní zázemí
- směrnice 2000/60/ES z 23. října 2000. - zákon č. 150/2010 Sb., vodní zákon
Sylabus přednášky
2) Znečištění vod (samočistící schopnost vod, znečišťující látky, ukazatele znečištění)
10
Znečišťování vody
Přirozený výskyt příměsí a rozpuštěných látek
Znečištění – relativní pojem, záleží na účelu použití
Třídy jakosti povrchových vod
- ČSN 75 7221 z roku 1998 určuje pět tříd jakosti podle 46 kritérií: (http://envis.praha-mesto.cz/rocenky/Pr_99/kap_021.htm)
1 - velmi čistá voda 2 - čistá voda
3 – znečištěná 4 - silně znečištěná voda 5 - velmi nečistá voda
Znečišťování vody Ukazatele znečištění
Fyzikální ukazatele + organoleptické - teplota, barva, zákal, průhlednost, pach, chuť, vodivost, redox potenciál
Chemické ukazatele - pH, chemické složení
Radiologické ukazatele - celková aktivita alfa, beta, aktivita Rn
Mikrobiologické ukazatele - koliformní bakterie, fekální koliformní bakterie, enterokoky, mezofilní, psychrofilní bakterie
Znečišťování vody Ukazatele znečištění
Biologické ukazatele - saprobní index, trofická úroveň
Ekologické ukazatele - podmínky pro život ryb, neporušená samočisticí schopnost
Skupinové ukazatele - BSK5,CHSK, Corg, NL, RL, VL, NEL, - Formy N, P, Cl, S, Fe, Mn, Ca, Mg , Toxické kovy, - PCB, PAU, - RAS (rozpuštěné anorganické soli) - AOX (adsorbovatelné organicky vázané halogeny),
Znečišťování vody Ukazatele znečištění CHSK
chemická spotřeba kyslíku množství oxidačního činidla spotřebovaného organických látek (u OV K2Cr2O7 → CHSKCr)
BSK
biochemická spotřeba kyslíku množství rozpuštěného kyslíku spotřebovaného na biochemickou oxidaci organických (i anorganických) látek (nejčastěji za 5 dnů = BSK5) umožňuje posuzovat biologickou čistitelnost OV a biologickou rozložitelnost org. látek (za aerobních podmínek) často se srovnává s CHSK/BSK5
Znečišťování vody Ukazatele znečištění
Znečišťování vody Ukazatele znečištění
nejčastěji termická oxidace org. látek na CO2 a jeho následné stanovení oproti CHSK vždy stoprocentní oxidace řada variant:
TC (Total Carbon) - celkový uhlík DOC (Dissolved Organic Carbon) - rozpuštěný org. uhlík TOC (Total Organic Carbon) - celkový org. uhlík
Znečišťování vody Ukazatele znečištění
Znečišťování vody Ukazatele znečištění
Znečišťování vody Ukazatele znečištění
Znečišťování vody Vývoj - Antropogenní vlivy minulého století Global Climate složení atm., UV, teplota, Change srážky dálkový transport Acidification Organics and Metals zdroje Nutrients Eutrophication Sewage, Oxygen Balance
1950 Straškraba, 1996; Meybeck et al., 1989
význam živin P, N bodové/difúzní zdroje
organické znečištění, konvenční ČOV
1970
1990
2000+
Znečišťování vody Znečistění vody Prostorově dělíme na:
Plošné - Atmosférické depozice, smyvy z polí, erozní splachy, z městských a průmyslových aglomerací
Bodové - odpadní vody z dobře definovaných míst - výpusti z továren, dolů, kanalizací, ČOV, živočišné výroby
Havarijní - nečekané, nepravidelné, - nejčastěji ropné látky a chemikálie (pozn. znečištění podz. Vod)
Znečišťování vody Znečistění vody Mikroorganismy - viry, bakterie, prvoci, řasy, plísně - OV z lidských sídel, zemědělská výroba, ze skládek.
Toxické organické látky
- při zpracování uhlí, při výrobě barev a laků, pesticidy - PCB, PAU, ropné látky, DDT, pesticidy
Netoxické organické látky - tuky, bílkoviny, polysacharidy, zbytky tkání - textilky, potravinářství, papírenství, zemědělství. - spotřeba kyslíku, nevhodné pro život
Znečišťování vody Znečistění vody
Eutrofizace vod - růst obsahu minerálních živin N a P a jejich sloučenin ve vodách. - porušení biologické rovnováhy, přemnožení fytoplanktonu: sinice, řasy atd. - vegetační zabarvení: zelená, modrozelená barva - vodní květ: nahromadění řas a sinic na hladině - sekundární znečištění organickými látkami (metabolity) - zhoršení organoleptických vlastností (zápach) - cyanotoxiny: alergické dýchací potíže, dermatitida, onemocnění jater - dělení: Přirozená - sloučeniny N a P z půdy, dnových sedimentů, odumřelé organismy, - nelze ovlivnit, stárnutí jezer. Antropogenní - splachy hnojiv, prací a čistící prostředky, splaškové odpadní vody, atmosferická depozice
Znečišťování vody Znečistění vody Toxické kovy - těžba a zpracování rud, chemický průmysl, zemědělství - As, Cr, Cd, Hg, Pb, Cu Kyselá atmosférická depozice - acidifikace škodí planktonu i rybám Pevné látky - stavebnictví, metalurgie, eroze, - přímé vypouštění kalů, víření, usazování - zanášení, menší propustnost světla
Znečišťování vody Znečistění vody
Odpadní teplo - tepelné elektrárny s průtočným chlazením, průmyslové OV - změna kyslíkového režimu = ↓nasycení vody O2, ↑ jeho spotřeby organismy, ↓ schopnosti kyslík využít (u ryb) - zvýšení rozpustnosti látek - zvýšení toxických projevů některých látek
Radioaktivita - přírodní zdroje: 40K; prvky U, Ac a Th rozpadové řady (v okolí nalezišť rud); rozpuštěný Rn - umělé zdroje: medicína, průmysl, vojenství, jaderné reaktory - havárie: 90Sr, 137Cs, 131I
Znečišťování vody Samočisticí schopnost vod
Souhrn přirozeně probíhajících pochodů, pomocí nichž se povrchové vody zbavují znečišťujících elementů.
Účinnost závisí na - koncentraci rozpuštěného kyslíku, organických látek, teplotě vody, aktivitě organismů. - př.: Rozklad fenolu - zima 100 km; léto 10 km
Pochody - fyzikální - sedimentace, usazování - chemické - neutralizace, srážení, fotochemický rozklad - biologické - většinou aerobní, kyslík rozhodující, čerpám z rozpuštěného, bez něj zpomalení zastavení - pouze v místech bez O2 anaerobní (u dna)
Znečišťování vody Revitalizace říčních toků
Napřimováním toků Opevňování břehů
Narušení samočistící schopnosti řek
1992 – schválen Program revitalizace říčních systémů vládou ČR
Podpora retenční schopnosti krajiny Napravit nevhodně provedené meliorační zásahy Obnovit přirozené funkce říčních toků
3)
Technologie, kterými se ovlivňuje složení vod - Úprava pitných vod - Čištění odpadních vod
28
Technologie úpravy vod Dělení vody dle jejího použití
Pitná voda
- zdravotně nezávadná voda, která ani při trvalém požívání nevyvolá onemocnění nebo poruchy zdraví - Upravuje vyhláška 252/2004 Sb. o hygienických požadavcích na pitnou a teplou vodu a četnost kontrol.
Užitková voda
- zdravotně nezávadná voda, která však není určena k pití a vaření Provozní voda - voda pro různé provozní účely (chlazení, mytí, apod.) Odpadní voda - voda použitá mimo vodní zdroj, jejíž vlastnosti byly lidskou činností změněny a vody z atmosférických srážek odváděné stokovou sítí.
Technologie úpravy vod 1. Fyzikální metody čištění
filtrace (pískové filtry, cezení, česle, síta)
usazování (usazovací/sedimentační nádrže)
odstřeďování (centrifugy)
flotace (flotační nádrže)
filtrace (písková filtrace)
magnetická separace
http://www.asio.cz/cz/cistirny-pro-prumysl
Typické pro: - OVM - OVprum. - Úpravna pitné vody
Technologie úpravy vod 2. Fyzikálně chemické metody čištění neutralizace srážení, koagulace oxidace/redukce adsorpce (zachycování nečistot(sorbátu) na povrchu tuhé fáze(sorbentu)) výměna iontů extrakce (oddělování složek směsí na základě různé rozpustnosti) stripování, destilace membránové procesy
Typické pro: - OVprum. - Úpravna pitné vody
Technologie úpravy vod 3. Biologické metody čištění A)aerobní aktivace biofiltry rotační biofilmové reaktory stabilizační rybníky vegetační(kořenové) čištění
B)anaerobní stabilizační nádrže (kaly, aerobní biomasa) reaktory pro čištění odpadních vod
Typické pro: - OVM - OVprum.
Úprava pitných vod Dělení vody dle jejího použití
Pitná voda
- zdravotně nezávadná voda, která ani při trvalém požívání nevyvolá onemocnění nebo poruchy zdraví
42 % z podzemních zdrojů vody 32 % z povrchových zdrojů 26 % je pokryto smíšenými zdroji
Jakost vody v nádržích http://www.pmo.cz/portal/jvn/cz/index.htm
Úprava pitných vod
odstraňování nežádoucích příměsí z vody, zušlechťování vody, hygienické zabezpečení
úprava povrchové vody - odstraňování koloidních disperzí a makromolekulárních organických látek
úprava podzemní vody - odstraňování oxidu uhličitého, železa, manganu, radioaktivního radonu atd.
Upravárenské procesy − Fyzikální – adsorpce, desorpce, sedimentace, filtrace − Chemické – srážení, oxidace, hydrolýza − Fyzikálně chemické – chemisorpce, membránové procesy − Hydraulické – míchání, zahušťování − Biologické a mikrobiologické – odstranění dusíkatých látek, Fe, Mn
Úprava pitných vod
Úprava pitných vod Technologické procesy úpravy surové vody
Mechanické předčistění
Odkyselování (podzemní voda)
Preoxidace - odmanganování a odželezování
Čiření
Filtrace
Dezinfekce
Úprava pitných vod Technologické procesy úpravy surové vody
Úprava pitných vod Technologické procesy úpravy surové vody
Předčistění - hrubé nečistoty, písky – aby nepoškodily čerpadla, potrubí, etc. - česla, síta, lapáky písku, usazovací nádrže
Odkyselování (podzemní voda) - odstraňování agresivního oxidu uhličitého - korozivní účinky na kovové a betonové konstrukce - mechanicky – provzdušněním, chemicky - chemisorpce
Preoxidace, odmanganování a odželezování
- Oxidace sloučenin Fe 2+ a Mn 2+ na vyšší mocenství Fe 3+ a Mn 4+ (rozpustné na nerozpustné) - činidla: chlor, ozon, peroxid vodík a manganistan draselný - vytváření vločkových suspenzí odstranitelných separací. - nutné tam kde je méně O2 , zlepšuje chuť
Úprava pitných vod Technologické procesy úpravy surové vody
Čiření - odstraňování jemných suspenzí (s velmi malými rozměry částic)
- Destabilizace koloidů a jemných suspenzí ve vodě neutralizací jejich elektrického náboje. - zvětšení částic, oddělení. - Postup: 1. Míchání čiřidla s upravovanou vodou - převážně síran železnatý, síran hlinitý, chlorid železitý atd. - utváří se nerozpustný hydroxid hlinitý nebo železitý. 2. Srážení a vločkování (koagulace a flokulace) agregace částic do hrubé suspenze, strhávají do sebe nebo sorbují látky obsažené ve vodě 3. Usazování (sedimentace), čiření 4. filtrace
Úprava pitných vod Čiření – schéma čiřiče
Úprava pitných vod Technologické procesy úpravy surové vody
Filtrace - separace suspenzí přes pórovitou vrstvu - křemičitý písek, práškové aktivní uhlí, dolomitický vápenec aj. fáze filtrace
fáze praní
1 – odvod filtrátu, přívod prací vody
2 – přívod vody na filtraci, odběr prací vody 3 – přívod tlakového vzduchu
Úprava pitných vod Filtrace – pískové filtry
Úprava pitných vod Technologické procesy úpravy surové vody
Dezinfekce - hygienické zabezpečení vody
1. Chlorace vody (větší města) - Dávkování chlornanu sodného nebo koncentrované chlorové vody Cl2 + H2O = HClO + HCl - množství k desinfekci 0,2-1mg/l, u spotřebitele 0,1-0,3 mg/l - jednoduché, silné oxidační činidlo, dlouholeté zkušenosti - vznik THM (trihalogenmethanů), chuť, zápach 2. Oxid chloričitý - nepůsobí chloračně (nevznikají THM), - má pouze oxidační účinky - velmi silné baktericidní činidlo - TOX (netěkavé organické halogenové sloučeniny), možný zápach
Úprava pitných vod Technologické procesy úpravy surové vody
Dezinfekce - hygienické zabezpečení vody
3. Ozonizace - nejsilnější oxidační činidlo, působí na bakterie i viry - vyrábí se v ozonizátorech ze suchého vzduchu nebo kyslíku - žadná tvorba TOX a THM, žádný zápach ani změněná chuť - příprava na místě, složité, energeticky náročné, korozivní
dezinfekční účinek doba efektivního působení pH závislost vedlejší produkty náklady údržba
chlorace
ClO2
ozonizace
UV
střední
silný
nejsilnější
střední
hodiny
dny
minuty
nulová
extrémní THM, AOX nízké-vysoké střední
žádná chloritany střední střední
střední možné bromičitany střední - vysoké nízké
žádná možné dusitany střední nízké
Úprava pitných vod Technologické procesy úpravy surové vody
Úprava odpadních vod Odpadní vody
použité v obytných, průmyslových, zemědělských, zdravotnických a jiných stavbách, zařízeních v dopravních prostředcích
Dvě podmínky - změněná jakost vody (složení nebo teplotu) - mohou ohrozit jakost povrchových nebo podzemních vod.
Splaškové, průmyslové, zemědělské, srážkové
Úprava odpadních vod Klasifikace znečišťujících látek v odpadních vodách biologicky rozložitelné organické rozpuštěné
kyseliny kyseliny biologicky nerozložitelné
anorganické
organické
barviva těžké kovy,
biologicky rozložitelné
sulfidy škrob, bakterie
biologicky nerozložitelné
plasty, papír
usaditelné
celulosová
nerozpuštěné neusaditelné anorganické
cukry, mastné
usaditelné neusaditelné
koloidní plovoucí
vlákna bakterie papír písek, hlína brusný prach
Úprava odpadních vod Klasifikace znečišťujících látek v odpadních vodách Specifické druhy znečištění
- teplota - radioaktivita - mikrobiální znečištění (patogenní mikroorg.) - tenzidy (povrchově aktivní látky) - látky se specific. fyziolog. účinky (pseudoestrogeny...)
Úprava odpadních vod Čistírny odpadních vod (ČOV) - zařízení, ve kterém dochází k čištění vod - funguje jako předčištění, dočištění probíhá v recipientu tj. v přirozeném vodním toku
1. Splaškové (městské odpadní vody) - ČOV 90 % ZL, neodstraňují toxické látky, bez napojení -septiky 2. Průmyslové - malé znečistění - ČOV - velké např. těžké kovy, těkavé organické sloučeniny - specializované čistící systémy přímo v továrně, potom do veřejné kanalizační sítě. - větší využívání fyzikálně-chemických a chemických - „Nestandardní“ uspořádání biologického stupně – aerobních i anaerobní procesy
Úprava odpadních vod Čistění odpadních vod (ČOV) - mechanicko biologická čistírna odpadních vod
Úprava odpadních vod Čistění odpadních vod (ČOV) 1) Mechanický stupeň 1. lapák štěrku - (nejhrubší nerozpuštěné částice například štěrk, dlažební kostky, kusy cihel, …) 2. česle Ochranná část - k odstranění plovoucích hrubě dispergovaných ČOV nečistot - shrabky 3. lapáky písku - rozdílná hustota materiálů - gravitační nebo odstředivá síla 4. usazovací nádrže - usazování jemných nerozpuštěných látek a stírání plovoucích nečistot z povrchu nádrže. - primární kal
Úprava pitných vod Lapák štěrku
Úprava pitných vod Strojně stírané česle - hrubé (5 až 20 cm), obvykle ručně stírané - jemné (1 až 2 cm), stírané strojně
Úprava pitných vod Lapáky písku - částice do velikosti zrn 0,2 až 0,25 mm (0,1 mm).
Úprava pitných vod Kruhový usazovák
Úprava odpadních vod 2) Biologický stupeň užívaná činnost tzv. funkční polykultury - heterotrofní aerobních i anaerobních bakterií, autotrofních bakterií - aktivační nádrže O2 + směsná kultura MO = aktivovaný kal
Aerobní
- odstranění ZL, které nejsou schopny sedimentace - od vyčištěné odpadní vody oddělitelná sedimentací - technologie s biologickou kulturou - přisedlou na pevném povrchu (biologické filtry) - ve vznosu (aktivační nádrže).
Úprava odpadních vod 2) Biologický stupeň užívaná činnost tzv. funkční polykultury - heterotrofní aerobních i anaerobních bakterií, autotrofních bakterií - funkční polykultura kultivována v suspenzi - aktivovaný kal
Anaerobní
Úprava odpadních vod 3) Terciální čistění Odstranění dusíku - Deaminace, amonifikace (org. dusík - amoniak)
- Nitrifikace (amoniak - dusičnany)
- Denitrifikace (dusičnany - volný dusík)
Odstranění fosforu, nerozpuštěných látek a k hygienizaci vody (odstranění patogenů). Voda vyčištěná po biologickém čištění je vypouštěna do recipientu.
Úprava odpadních vod Stabilizace kalů Primární kal - z mechanického čištění Sekundární kal – z biologického čištění
Často vysoký obsah patogenů – nutnost stabilizace! Převažuje anaerobní způsob stabilizace - Vyhnívací (metanizační) nádrže. T 30-35°C. Stabilizovaný kal je dále zahuštěn (gravitačně, strojně – kalolisy, odstředivky) Fugát - tekutý produkt vyhnívacího procesu a má charakter vody odpadní.
.
Úprava odpadních vod Využití kalů: Digestát - Tuhý zbytek po vyhnití
Skládkování kalu Spalování kalu - vysoký podíl organické hmoty, pro likvidaci kalů obsahujících oleje nebo toxické organické látky. Zneškodněny pathogenní organizmy toxické organické sloučeniny. Zakomponování kalu do stavebních materiálů - omezené množství kalu Kompostování - složení kompatibilní s kompostovacím procesem. Použití k hnojivým účelům - pro kaly s vysokým obsahem hnojivých látek (organická hmota, N, P)pro hnojení zemědělské půdy, ale také pro půdu lesní a rekultivace.
Úprava odpadních vod Vypouštění odpadních vod
Do recipientu
- Každý vodní útvar, do něhož vyúsťují vody nebo odpadní vody - dočištění – samočistící schopnost - řídí se vodním zákonem (254/2001 Sb.) a nařízením vlády 61/2003 Sb. a 229/2007 Sb. - kombinovaný přístup stanovení limitů
Do kanalizace - řídí se především kanalizačním řádem
Úprava odpadních vod Schéma
.
Úprava odpadních vod Čistírna odpadních vod Praha
Čistírna Bohuslavice http://www.youtube.com/watch?v=iFR-GdYi8L0
Kořenové čistírny odpadních vod Alternativa čištění odpadních vod mělce zaplaveného zemního lože, vegetace, živočichů a vody mokřad přírodních čistících procesů bez vnější energie a chemických látek. Samočistící procesy 1. mechanické - sedimentace a filtrace, srážení, adsorpce, chemický rozklad 2. biologické - mikrobiální rozklad látek 3. dočiťovací - rybník Odběrný objekt Výpustný objekt
Kořenové čistírny odpadních vod Alternativa čištění odpadních vod
Úprava odpadních vod zásobování obyvatelstva pitnou vodou patříme k lépe vybaveným zemím z hlediska jakosti dodávané pitné vody je situace srovnatelná s úrovní nejvyspělejších evropských států. problém je v čištění odpadních vod. ve většině zemí EU se míra napojení na čistírny odpadních vod cca 100 % v přistupujících zemích napojení nepřekračuje 70 – 80 %. Česká republika dosáhla v roce 2007 80,0 % skutečně napojených obyvatel na kanalizaci a 75 % obyvatel je skutečně napojeno na kanalizaci s čistírnou.
Úprava odpadních vod
Děkuji Vám za pozornost Dotazy?
68
