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