Separované čištění proudů vod

Ústav technologie vody a prostředí

DECENTRALIZOVANÉ ZPRACOVÁNÍ ODPADNÍCH VOD Cenné látky v odpadní vodě / Separované čištění proudů vod

Jan Bartáček [email protected] www.vscht.cz/homepage/tvp/index/studenti/predmety/dzov

CO LZE RECYKLOVAT Z ODPADNÍCH VOD (SPLAŠKOVÝCH) 

Energie Tepelná  Kinetická/Potenciální  Chemická 

Nutrienty  Voda 

Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod


5-2

ODPADNÍ VODA JAKO ZDROJ

Zdroj Energie  Zdroj Nutrientů  Zdroj Vody 



„Použitá voda (Used Water)“



ENERGIE OBSAŽENÁ V ODPADNÍCH VODÁCH 

Tepelná energie



Kinetická a potenciální energie



Chemická energie



TEPELNÁ ENERGIE Možnost použít tepelná čerpadla a výměníky  Důležité umístění 

Za čistírnou – vhodné, pokud je OV dostatečně teplá, nicméně většinou je problematická doprava ke spotřebiteli  Před čistírnou – Může být problém s ochlazováním vody a následné pomalé biol. procesy  U spotřebitele (decentralizovaně) - nejlepší 



Nejlépe šedé vody (teplé a zředěné)



TEPELNÁ ENERGIE Možnost použít tepelná čerpadla a výměníky  Důležité umístění 



TEPELNÁ ENERGIE



TEPELNÁ ENERGIE Penzion (Harrachov)  Průměrná teplota vstupní vody: 6 °C  Byla zvýšena na 25 °C 

TEPELNÁ ENERGIE 

Umístění ve stoce



Schéma zapojení předizolovaného kanalizačního potrubí s integrovaným výměníkem tepla – gravitační systém 1 – vnější plášť z polyetylenu, 2 – tepelná izolace, 3 – kanalizační potrubí (výměník tepla), 4 – odpadní voda, 5 – výstup ohřáté vody z výměníku, 6 – rozdělovací potrubí, 7 – přívod studené vody do výměníku, 8 – tepelné čerpadlo, 9 – výparník, 10 – kondenzátor, 11 – expanzní ventil, 12 – kompresor, 13 – systém vytápění v budově, 14 – oběhové čerpadlo

V kanalizaci  Na čistírně 

Potřeba spádu  Potřeba velkého průtoku (stovky tisíc EO)  V ČR ne příliš využívané 

POTENCIÁLNÍ ENERGIE



CHEMICKÁ ENERGIE V ODPADNÍ VODĚ Energie obsažená v organických látkách obsažených v odpadní vodě  Nejčastěji vyjadřovaná ve formě chemické spotřeby kyslíku (ChSK v mg/L)  Možné zhodnotit převedením na metan 



1 kg ChSK ~ 13 MJ (18 kW/1000 EO)





5-12

ČOV 100 000 EO TOK ENERGIE NA 

Usazování

ČOV

Aktivace

Mechanicky předčištěná 0.9 MW Vstupující voda 1.8 MW Primární kal 0.9 MW

Anaerobní fermentace

Kogenerace



Odtok 0.1 MW

Odtok 0.1 MW

Odtok 0.1 MW

Tepelné ztráty 0.4 MW



Vyhnilý kal 0.7 MW

Vyhnilý kal 0.7 MW

Primární kal 0.6 MW

Ztráty, 0.2 MW Teplo, 0.2 MW

Přebytečný AK 0.4 MW

Primární kal 0.9 MW

Spotřeba energie na typické ČOV (100 000 EO) ~ 0.35 MW

Je možné dosáhnout el. soběstačnosti?

El. energie, 0.2 MW

SPOTŘEBA ENERGIE NA ČOV Kde je možné šetřit?

SPOTŘEBA ENERGIE NA ČOV 

Spotřeba energie na velkých evropských čistírnách odpadních vod

www.veoliavoda.cz



SPOTŘEBA ENERGIE NA ČOV 

Jiné; 1% Osvětlení a Kdevytápění lze šetřit? budov; 7% Pásové lisy; 3%

Česle; 1% Míchání; 9%

Čerpání; 12%

Usazováky; 1%

Anaerobní fermentace; 12%

Aerace; 47% Dosazováky; 1% Čerpání vratného kalu; 4%

Menendez a Veatch, 2010



RECYKLACE ENERGIE NA ČOV Kde je možné získat více?

ZVÝŠENÍ PRODUKCE BIOPLYNU 

Zvýšení separace org. NL na přítoku Vyšší rozložitelnost než AK  Možné s koagulací  Nedostatek org. látek pro denitrifikaci (?) 



Optimalizace anaerobní fermentace   

Optimalizace míchání Termofilní stabilizace Předúprava (dezintegrace)



RECYKLACE ENERGIE 

Hnědá voda 



Vakuové toalety (malé naředění)

Kuchyňský odpad 



Složité separovat kuchyňskou OV a světle šedou OV Jednoduché separovat tuhý bio-odpad



5-19

RECYKLACE ENERGIE (HNĚDÁ/ČERNÁ VODA) 

Anaerobní fermentace Přeměna organických látek na bioplyn (CH4 + CO2)  Produkce energie 

Teplo  Elektřina (kogenerační jednotky) 

Pokud možno vyhřívané reaktory (35 °C)  Typický zástupce: UASB reaktor 



RECYKLACE ENERGIE (HNĚDÁ /ČERNÁ VODA) 

Anaerobní fermentace - princip



5-21


Anaerobní fermentace - reaktory




Anaerobní fermentace x Aerobní čištění



5-23

RECYKLACE ENERGIE (BIO-ODPAD) 

Anaerobní fermentace Stejný princip jako u OV  Potřeba určitá centralizace  Především pro menší farmy 



(30 mil. Aplikací v Číně)



5-24

RECYKLACE ENERGIE (BIO-ODPAD)



5-25

SNEEK, THE NETHERLANDS 32 family houses  Separation of toilet wastewater 



SNEEK, THE NETHERLANDS



RECYKLACE NUTRIENTŮ (P, N) 

V centralizovaných systémech Jeden z největších současných problémů (extrémně zvyšuje investiční i provozní náklady)  Recyklace se realizuje se pouze prostřednictvím kalů N 20 - 40 % P 90 % 



5-28

RECYKLACE NUTRIENTŮ (P, N) 

Možnost využít jako hnojivo  Většina obyvatelstva je koncentrována ve městech 



produkce OV s nutrienty

Většinu potravin produkuje venkov 

spotřeba nutrientů



5-29

FOSFOR 

Odhadované světové zásoby fosforu: max. 50 let 

Cena fosforu rychle stoupá



V odpadních vodách: 

většina jako orthofosforečnany



5-30

DUSÍK 80 % vyrobeného amoniaku – hnojiva  1 % veškeré energie vyrobené lidstvem - výroba NH3  V odpadních vodách - většina v močovině: 





Velmi dobře přijatelné rostlinami

5-31

RECYKLACE N A P – CENTRÁLNÍ ČOV 

Problém centralizovaného čištění – naředění Lepší použít oddílnou kanalizaci (bez naředění srážkovou vodou)  Akumulace moči a separátní čištění na ČOV 





(vypouštění v noci, svoz cisternami)

Kapalný zahuštěný nebo sušený kal z čištění OV obohacený fosforem je přímo aplikován na pole z biologického nebo chemického odstraňování fosforu  Nevýhody: 

kal může obsahovat i nežádoucí látky  cena za transport je vysoká  potřeba velkých skladovacích prostor  nízká recyklace dusíku  požadovaná hygienizace kalu zvyšuje náklady





5-32

RECYKLACE N A P – PLNĚ DECENTRALIZOVANÉ KONCEPTY 

Malý uzavřený koloběh nutrientů lze realizovat jen ve venkovských oblastech  při finálním zemědělském použití  Potřebná plocha zemědělské půdy : 



200 – 500 m2/osobu



5-33

RECYKLACE N A P A.

Z koncentrovaných vod Srážení fosforečnanu vápenatého Přídavek vápna, sedimentace PO43- + Ca(OH)2 + H2O → CaHPO4 + 3 OHSrážení struvitu Přídavek Mg2+ (MgCl2), sedimentace NH4+ + PO43- + Mg2+ + 6 H2O → MgNH4PO4 . 6 H2O Destilace/stripování amoniakálního dusíku Prohánění proudem plynu (vzduch, spaliny, …) Energeticky náročné



5-34

RECYKLACE N A P B.

Z naředěných, předčištěných vod Iontová výměna anex: PO43- ↔ 3 OHkatex (např. přírodní zeolit): NH4+ ↔ Na+ regenerace ionexu – zakoncentrování – např. srážení Membránové technologie (separační) Mikrofiltrace – separace NL, biomasy Ultrafiltrace – separace NL, biomasy Nanofiltrace – separace makromolekul Reversní osmóza – separace iontů



5-35

Zatím záležitost výzkumu

RECYKLACE N A P B.

Z naředěných, předčištěných vod Přenos nutrientů do rostlin Vegetační/kořenové čistírny: mají obvykle malou účinnost N cca 9 %, P cca 7 % Okřehek (duckweed) V sušině 30-40 % proteinů Lze využít ke krmení ryb, domácích zvířat



5-36

PŘÍMÉ POUŽITÍ VOD K ZÁVLAHÁM 

Rozvojové země nečištěné OV,  po mechanickém předčištění,  po anaerobním čištění 



Rozvinuté země s nedostatkem vody 

Vyčištěné vody, membránová filtrace, desinfekce,



5-37

PŘÍMÉ POUŽITÍ VOD K ZÁVLAHÁM 

Pro Možnost snížit deficit vody, zvýšit zemědělskou produkci, resp. kvalitu krajiny  Možnost využití N,P,K 



Proti Riziko zasolení půd (Na, Se, B)  Riziko zbytků léčiv a kosmetických produktů 



5-38

PŘÍMÉ POUŽITÍ VOD K ZÁVLAHÁM Většina zemí legislativně upravuje pravidla použití OV k závlahám – minimalizace rizik  Kvalitativní limity (BSK5, NL, konc. koliformních baktérií, rozpuštěný kyslík apod.)  Agrotechnická pravidla – typy plodin, doba (jak dlouho před sklizní), způsob (povrchové x podpovrchové závlahy)  Způsob zabezpečení, skladování vod 



5-39

VYUŽITÍ VYČIŠTĚNÉ ODPADNÍ VODY Užitková voda – požární nádrže, čištění vozovek, splachování WC  Infiltrace – doplňování podzemních vod  Průmyslové využití – chladicí vody, výroba betonu, …  Použití pro rekreaci – rybníky pro vodní sporty, výroba sněhu  V budoucnu nevyhnutelný alternativní zdroj pitné vody 



4-40

VYUŽITÍ VYČIŠTĚNÉ ODPADNÍ VODY JAKO PITNÉ VODY 

Již realita (např. Singapore) 

Projekt NEWater



4-41

K ZAPAMATOVÁNÍ Pro účinnou recyklaci cenných látek je nutná separace proudů OV  Hlavní recyklovatelné složky splaškových OV: 

Energie,  Dusík  Fosfor  Voda 



2-42

Separované čištění proudů vod

Recommend Documents