ochrana vodvypocty.remediace.cz/studmat/20151289217/6.ochrana_vod.pdf · doc (dissolved organic...

OCHRANA VOD

Ing. Petr Stloukal Ph.D.

Ústav ochrany životního prostředí

Fakulta technologická

Univerzita Tomáše Bati Zlín

2

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

Sylabus přednášky

3

1) Pojmy, obory, legislativa


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.

Rozdělení vod

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

Obory

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

10

2) Znečištění vod (samočistící schopnost

vod, znečišťující látky, ukazatele

znečištění)


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


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



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),



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



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

Nutrients

Eutrophication

Sewage,

Oxygen Balance

Acidification

Organics and Metals

Global Climate

Change

1950 1970 1990 2000+

Straškraba, 1996; Meybeck et al., 1989

organické znečištění,konvenční ČOV

význam živin P, Nbodové/difúzní zdroje

dálkový transportzdroje

složení atm., UV, teplota, srážky


Vývoj - Antropogenní vlivy minulého století


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)


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


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


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


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


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)


Revitalizace říčních toků

Napřimováním toků

Opevňování břehů

1992 – schválen Program revitalizace říčních systémů

vládou ČR

Podpora retenční schopnosti krajiny

Napravit nevhodně provedené meliorační zásahy

Obnovit přirozené funkce říčních toků

Narušení samočistící

schopnosti řek

28

3) Technologie, kterými se ovlivňuje složení

vod

- Úprava pitných vod

- Čištění odpadních 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


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


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.

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

Úprava pitných vod

Jakost vody v nádržích

http://www.pmo.cz/portal/jvn/cz/index.htm

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


Technologické procesy úpravy surové vody

Mechanické předčistění

Odkyselování (podzemní voda)

Preoxidace - odmanganování a odželezování

Čiření

Filtrace

Dezinfekce



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



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


Čiření – schéma čiřiče



Filtrace- separace suspenzí přes pórovitou vrstvu

- křemičitý písek, práškové aktivní uhlí, dolomitický vápenec aj.


1 – odvod filtrátu, přívod prací vody

2 – přívod vody na filtraci, odběr prací vody

3 – přívod tlakového vzduchu

fáze filtrace fáze praní

Filtrace – pískové filtry



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



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


chlorace ClO2 ozonizace UV

dezinfekční účinek střední silný nejsilnější střední

doba efektivního

působeníhodiny dny minuty nulová

pH závislost extrémní žádná střední žádná

vedlejší produkty THM, AOX chloritany možné bromičitany možné dusitany

náklady nízké-vysoké střední střední - vysoké střední

údržba střední střední nízké nízké

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


Klasifikace znečišťujících látek v odpadních vodách

rozpuštěné

organické

biologicky rozložitelné cukry, mastné

kyseliny kyseliny

biologicky nerozložitelné barviva

anorganické těžké kovy,

sulfidy

nerozpuštěné

organické

biologicky rozložitelné škrob, bakterie

biologicky nerozložitelné plasty, papír

usaditelné celulosová

vlákna

neusaditelné koloidní bakterie

plovoucí papír

anorganické usaditelné písek, hlína

neusaditelné brusný prach


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...)


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


Čistění odpadních vod (ČOV)

- mechanicko biologická čistírna odpadních vod


Čistění odpadních vod (ČOV)

1) Mechanický stupeň1. lapák štěrku

- (nejhrubší nerozpuštěné částice například

štěrk, dlažební kostky, kusy cihel, …)

2. česle

- k odstranění plovoucích hrubě dispergovaných

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

Ochranná část

ČOV

Lapák štěrku


Strojně stírané česle- hrubé (5 až 20 cm), obvykle ručně stírané

- jemné (1 až 2 cm), stírané strojně


Lapáky písku

- částice do velikosti zrn 0,2 až 0,25 mm (0,1 mm).


Kruhový usazovák



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).


2) Biologický stupeň

užívaná činnost tzv. funkční polykultury

- heterotrofní aerobních i anaerobních bakterií, autotrofních bakterií

- funkční polykultura kultivována v suspenzi - aktivovaný kal

Anaerobní


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.


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.

.


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.


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


Schéma

.


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


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.

68

Děkuji Vám za pozornost

Dotazy?

ochrana vodvypocty.remediace.cz/studmat/20151289217/6.ochrana_vod.pdf · doc (dissolved organic...

Documents