APLIKOVANÁ HYDROBIOLOGIE - ČIŠTĚNÍ ODPADNÍCH VOD Množství splaškových vod závisí na způsobech zásobování domácností vodou, na jejich vybavení a na způsobech nakládání s odpadními vodami tzv. specifická spotřeba vody (množství odpadních vod) v obcích do 50 obyvatel – 80 až 100 l/os. a den v obcích do 200 obyvatel – 100 až 120 l/os. a den v obcích do 500 obyvatel – 120 až 130 l/os. a den Znečištění komunálních vod Hrubě rozptýlené látky Jemně rozptýlené usaditelné látky Jemně rozptýlené obtížně usaditelné a neusaditelné látky a rozpuštěné látky Organické látky (BSK vs CHSK) Sloučeniny dusíku Sloučeniny fosforu BSK5 - 60 g na obyvatele a den NL - 55 g na obyvatele a den Ncelk. - 12 g na obyvatele a den Pcelk. - 1.55 g na obyvatele a den Populační ekvivalent, resp. ekvivalentní počet obyvatel: E = BSK5. Q/ 60, kde hodnota BSK je v g/m3, Q = spotřeba vody (m3) za den , 60 = specifické množství Populační ekvivalent je množství znečištění, které je stejné , jako znečištění tohoto druhu produkované denně jednou osobou. Obvykle bývá nižší BSK5 : CHSK - poměrné zastoupení rozložitelných látek > 0.5 - obsahuje organické látky převážně biologicky rozložitelné odpadní vody ze škrobáren (0.57), drožďáren (0.64) a cukrovarů (0.70) % obyvatel připojených na kanalizační systém (2000) ~ 24 000 km kanalizací, 651 000 domovních připojení Vývoj počtu městských ČOV a jejich kapacity + 1600 dalších ČOV 4517050do 5000 EO (do 300 kg/d) 55-60do 500 EO (do 30 kg/d) 65-80do 50 EO (do 3 kg/d) NLCHSKCrBSK5Počet EO Nařízení vlády ČR č. 171/92 Sb., kterým se stanoví ukazatele přípustného stupně znečištění vod. Závazné hodnoty zbytkového znečištění v mg/l do roku 2005 (EO – ekvivalentní obyvatel; NL – nerozpuštěné látky) 10-1-101Cryptosporidium cysty 10-1-102Giardia cysty 10-2-101Helminthes vajíčka 101-102Enteroviry 101-103Clostridium perfringens 100-102Salmonella PřítomnáShigella 102-103Enterokoky 103-104Fekální streptokoky 104-105Fekálně koliformní 105-106Celkové koliformní Koncentrace (v 1 ml)Organismus Počty mikroorganismů běžně nalézaných v nečištěných splaškových vodách Centralizovaný systém odvádění a čištění odpadních vod Centralizovaný systém nakládání s odpadními vodami s jednotnou kanalizací Decentralizovaný systém nakládání s odpadními vodami BiologickBiologickéé ččiiššttěěnníí odpadnodpadníích vodch vod Biologické čištění = pouze voda obsahující látky schopné biochemického rozkladu = BSK Principem je využití odpadní vody jako substrátu pro růst biomasy o vysoké koncentraci, ale nízké růstové rychlosti, případně sorpce nerozložitelných látek Jde o napodobení, usměrnění a zintenzivnění přirozených rozkladných procesů a pochodů samočištění, které se vyskytují v půdním a vodním prostředí. Čistírenská praxe dává přednost aerobním pochodům ⇒ rychlejší rozklad znečišťujících látek (BSK), nevýhodou je aplikace pouze na čištění odpadních vod s menším zatížením. Přírodní způsoby čištění Čištění probíhá v přirozených podmínkách Umělé způsoby čištění Čištění probíhá v uměle vytvořených podmínkách MMěěstskstskéé (konven(konvenččnníí)) ččististíírny odpadnrny odpadníích vodch vod Hlavním cílem je odstranění organických látek (BSK), obsažených v komunálních (splaškových) odpadních vodách. ⇒ Lapač tuků• Tuky ⇒ Biologický stupeň čistírny• Rozpuštěné organické látky ⇒ Sedimentační (usazovací) nádrž• Jemný organický kal ⇒ Lapač písku• Písek, škvára sunut po dně stoky ⇒ Jemné česle (mezery mezi česlicemi 1-3 cm) • Menší plovoucí nečistoty: zbytky zeleniny a ovoce ⇒ Hrubé česle (mezery mezi česlicemi 5-10 cm) • Hrubé plovoucí nečistoty: kusy dřeva, hadry apod. Zařízení na čistírněLátky v odpadní vodě Zařízení pro odstraňování organických látek v odpadní vodě Napojení průmyslových ČOV na systém městské ČOV Schema městské čistírny odpadních vod Čistírna odpadních vod výjimečně Primární stupeň Sekundární stupeň Strojně stírané česle Mechanické česle Usazovací nádrž Primární stupeň ČOV ČOV Olomouc Jemná česla Usazovací nádrže primárního kalu Aktivace Dosazovací nádrže Stabilizační nádrže aktivovaného kalu 40-7530-3540-95Primární sedimentace Koliformní baktérie BODSuspendované látky Stupeň 95-9970-9670-97Aktivace 85-9560-9520-90Biologický filtr Odstranění (%) Redukce znečištěnin v odpadní vodě na různých stupních konvenční ČOV SkrSkrááppěěnnéé biofiltrybiofiltry Segnerovo kolo Povrchová blána směsná kultura v biofilmových reaktorech Biological filter Sezónní vývoj biomasy Zooglea Oživení skrápěných biofiltrů Sladká (1965); Sládeček et al. 1996) Mikromycety Fusarium aquaeductum Aspergillus Penicillium Fusarium Alternaria Cladosporium Sepedonium Trichoderma Mucor Rhizopus Sinice Oscillatoria limosa Phormidium autumnale Pseudanabaena catenata Bezobratlí Nematoda Oligochaeta Rotifera Insecta Heterotrofní baktérie + houby Protozoa Rotifera + Nematoda Červi Larvy hmyzu BIOFILTRBIOFILTR ČČOVOV SINICE ??? Psychoda alternata Čistírna pro malé zdroje znečištění (2-12 EO; rodinné domky, drobné provozovny, penziony, bistra, rekreační objekty) Rotační biodisky (biodiskové reaktory) princip skrápěných biofiltrů = přisedlé biofilmové společenstvo Aktivace Aerobní čištění směsnou kulturou ve vznosu 1. 2. 3. 4. bakterie Volně žijící nálevníci stopkatí nálevníci měňavkybezbarví bičíkovci vířníci Fáze vzniku vločky aktivovaného kalu Schema pravděpodobné struktury vločky Typická vločka aktivovaného kalu Corynebacterium Sphaerotilus HyphomicrobiumAchromobacr CytophagaBacillus GluconobacterBrevibacterium AcinetobacterAlcaligenes SpirillumFlavobacterium MicrococcusCommomonas AerobacterPseudomonas AeromonasZooglea Akcesorické rodyDominantní rody Bakteriální rody vyskytující se v aktivovaném kalu Bytnění kalu = velký objem pro usazení Nadměrný rozvoj vláknitých organismů (Sphaerotilus apod.) 1-9160Počet kultiv. baktérií (106.ml-1) 26-3486-118Suspendované látky (mg.l-1) 3-930-35Rozpuštěné BSK (mg.l-1) 7-2453-70Celkové BSK (mg.l-1) Přítomnost nálevníkůAbsence nálevníkůParametry výtoku Vliv nálevníků na kvalitu odtoku z aktivačního systému Modifikovaný aktivační proces s odtraňováním fosforu z odpadní vody A/O proces Bardenpho proces Různé způsoby uspořádání aktivačního procesu zahrnujícího aerobní a anaerobní čištění pro odstraňování dusíku a redukci BSK Jednoduchý systém se sérií anaerobních a aerobních nádrží Multisystém se 3 oddělenými reaktory pro aerobní dekompozici organického uhlíku, aerobní nitrifikaci a anaerobní denitrifikaci Oxidační příkop Kalový index KI > 200 g.ml-1zbytnělý KI = 100 - 200 g.ml-1lehký KI < 100 g.ml-1normální KI = Vk/ X kde Vk je objem aktivovaného kalu, který se usadí z 1 litru aktivační směsi po 1/2 hodině v Imhoffově kuželi, X je koncentrace kalové sušiny aktivační směsi (g.ml-1). Imhoffův kužel Anaerobní stabilizace kalu vyhnilý kal Stabilizací kalu rozumíme rozklad jeho lehce odbouratelných látek, tj. mineralizaci Předpokládá se, že v průběhu anaerobní stabilizace klesne obsah organické sušiny kalu asi o 45-65 %. Jímací stanice bioplynu Plynojem Bioplyn CH4 (65-75 %) a CO2 (25-35 %) menší množství H2, N2 a H2S Vznik bioplynu Nakládání s kaly Vyhnilý, stabilizovaný kal – ČOV Olomouc Kombinace anaerobního vyhnívání a aerobního čištění pro domovní splašky s minimální produkcí kalu Malá biologická (domovní) čistírna princip aktivace či rotačních biodisků PPřříírodnrodníí zpzpůůsobysoby ččiiššttěěnníí odpadnodpadníích vodch vod Dosahují příznivého čistícího účinku využitím samočistících procesů v půdě, ve vodním prostředí a za součinnosti rostlin. Proces čštění je pozvolný, mikroorganismy pomalu rozkládají a mineralizují organickou hmotu, uvolněné živiny jsou využívány vegetací. Přírodní způsoby čištění vyžadují kvalitní mechanické předčištění 1. Půdní filtrace 2. Závlaha městskými, průmyslovými a zemědělskými odpadními vodami 3. Závlaha kejdou, tekutými vyhnilými čistírenskými kaly a tekutými odpady 4. Aerobní biologické nádrže 5. Anaerobní biologické nádrže 6. Dočišťovací biologické rybníky 7. Průtočné vegetační čistírny s plovoucími vodními rostlinami 8. Vegetační kořenové čistírny s makrofyty 9. Průtočné žlabové bioeliminátory 10. Čištění kolonami imobilizovaných buněk v umělém prostředí Domovní sestava septik – zemní filtr Různé aplikace zemních filtrů Zemní filtr s předčištěním na splaškové kanalizaci Zemní filtr s předčištěním na jednotné kanalizaci Zemní filtr jako dočištění za mechanicko-biologickou čistírnou pevné částicelehký kal vyčištěná voda Biologický septik Domovní sestava septik-zemní filtr Stabilizační rybník používají se ke zneškodňování až úplnému vyčištění hnilobných odpadních vod za použití různých nádrží rybničního typu. Na čistícím procesu se podílí bakterie ve vodě i v kalu a další fáze látkového koloběhu. Stabilizační nádrže a rybníky Kladem rybníků jsou nízké stavební a provozní náklady, k záporům patří hlavně značné nároky na plochu, zápachy v případě anaerobních stavů a nutnost odstraňování usazenin. Mikrobiální aktivity ve stabilizační rybníku Stabilizační nádrže Akumulační r. – kampaňové vody, jednorázové napuštění Asimilační r. – neustálé zatěžování odpadními vodami Stabilizační r. – soustava rybníků řazených za sebou Vybavení stabilizační nádrže (dvoustupňová nádrž dělená plovoucí stěnou) Kaskáda stabilizačních nádrží s předčištěním Dočišťování za mechanicko-biologickou čistírnou APLIKACE STABILIZAČNÍCH NÁDRŽÍ Čištění srážkových a odpadních vod pivovaru Nošovice Přítok Odtok CUKROVAR VRBÁTKY Kampaňové vody Akumulační rybník (Září-červen) Kořenové čistírny odpadních vod Systém vegetačního čištění Vegetační čistírna s dočištěním ve dvojici stabilizačních nádrží Vztah mezi koncetrací BSK5 na přítoku a účinností 11 kořenových čistíren v ČR (čísla značí prům. koncentraci BSK5 na odtoku Vztah mezi vstupní koncntrací nerozpuštěných látek a BSK5 a účinností kořenových čistíren Závislost čistícího efektu (v %) na kvalitě surové vody je hyperbolická Nutné klást důraz na kvalitu odtékající vody, ne na % účinnost Výhody • Nízké provozní náklady • Nízké energetické požadavky • Mohou být postaveny u zdroje odpadní vody • Více flexibilní a méně náchylné na náhlé přetížení • Biomasa se může sklízet na krmivo pro zvířata nebo do kompostu Nevýhody • Vyžadují velké zábory půdy • Není využití pro velké objemy odtoků • Snížená schopnost provozu v zimě • Malá kapacita pro odstranění patogenů na výtoku • Mohou být náchylné na vysoké hladiny polutantů (např. toxické kovy) Srovnání vegetačního čištění odpadních vod s konvenční čistírnou