RECETOX, Masaryk University, Brno, CR
holoubek@recetox.muni.cz; http://recetox.muni.cz
Ivan Holoubek
Zdeněk Horsák
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění vod pro
průmyslové a speciální účely
Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
Osnova
1) Úprava vody pro průmyslové účely
2) Čistění odpadních vod z průmyslu
3) Speciální vody
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění průmyslových vod
1. Úprava vody pro průmyslové účely
Filtrace
Prostá filtrace – probíhá přes pískové filtry, kde dochází k odstranění
suspendovaných látek větších než 20μm
Koagulační filtrace – před vlastní filtrací dojde k nadávkování vhodného
koagulantu, který naváže suspendované látky a vytvoří vločky, které se
lépe zachytí na pískovém filtru
In line filtrace – místo klasických koagulantů se používají kationické
polymery dávkované přímo na povrch filtru a chemická reakce probíhá
přímo na povrchu zrn filtračního materiálu ((až 80% využití výšky
filtračního lože)
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění průmyslových vod
1. Úprava vody pro průmyslové účely
Koagulační filtrace (čiření a filtrace)
Při vyšším obsahu suspendovaných látek je pouze filtrační pracovní cyklus
krátký (efektivní doba filtrace je do 1 hodiny)
Teoretická závislost sedimentační rychlosti částice na poloměru při 1 m výšce vody
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění průmyslových vod
Průměr částice
μm
Typ částice Doba
sedimentace
1000 Písek 10 sekund
100 Jemný písek 2 minuty
10 Jíl 2 hodiny
1 Bakterie 8 dní
0,1 Koloid 2 roky
1. Úprava vody pro průmyslové účely
Charakter čiření podle pH
Suspendované látky mají obvykle záporný náboj
Charakter čiření je určen složením vody (zejména alkalita) a následným
použitím
-kyselé – hydroxidy železa, polymerní koagulanty (při nízké alkalitě surové
vody dávkujeme předem Ca(OH)2 nebo NaOH), voda pro demineralizaci
-neutrální – pracuje v oblasti pH 6 – 7 (8), oxid železa nebo hliníku, především
pro pitnou vodu
-alkalické čiření – pracuje v oblasti pH 9,6 – 10,5, soli Fe3+ nebo Al3+,
výstupem je nízká korozivita vody
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění průmyslových vod
1. Úprava vody pro průmyslové účely
Ionexová demineralizace
Většinou následuje po filtraci (odstranění 50-70% organických látek)
Ionexy jsou určeny k zachycení rozpuštěných látek v ionizovaném stavu
-záporný náboj – slabě nebo silně kyselý katex
-kladný náboj – slabě nebo silně bazický anex
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění průmyslových vod
Důležitá je pravidelná regenerace ionexu
Výstupem je demineralizovaná voda –
hodnota měrné elektrolytické vodivosti
Pro účely v energetice většinou sestava
katexů a anexů
1. Úprava vody pro průmyslové účely
Reverzní osmóza
Proces, který dovoluje transport rozpouštědel membránou, zatímco
rozpuštěné soli a nízkomolekulární složky zachycuje
Osmóza – proudění zředěnější kapaliny přes polopropustnou membránu do
koncentrovanější kapaliny
Osmotický tlak – rozdíl koncentrací kapalin
Reverzní (obrácená) osmóza – zvýšení tlaku nad tlak osmotický
-mořská voda 5-7 MPa
-brakická voda 1,5-2 Mpa
Membrána – poluprustná kompozitní vrstva (polyamid, polysulfen,zpevňující
vrstva…)
Koncentrát – zahuštěná vstupní kapalina v závislosti na použitém tlaku
Permeát – vstupní kapalina zbavená prakticky všech úplně rozpuštěných solí a
organických látek
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění průmyslových vod
1. Úprava vody pro průmyslové účely
Princip reverzní osmózy
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění průmyslových vod
1. Úprava vody pro průmyslové účely
Princip spirálně vinutého modulu
- minimalizace usazování nečistot na membráně
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění průmyslových vod
1. Úprava vody pro průmyslové účely
Příprava napájecí vody parních a horkovodních kotlů
Příslušné normy uvádějí složení kotelní a napájecí vody – nesmí docházet ke
korozi nebo obráceně k úsadám
Zabezpečit dostatečné odplynění vody a její alkalizaci
Snížení koroze – snížený transport korozních produktů v okruhu a vznik
nánosů.
Za těchto podmínek vzniká na ocelovém povrchu kompaktní vrstva magnetitu,
která zabraňuje dalšímu rozpouštění železa a koroze se zpomaluje.
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění průmyslových vod
1. Úprava vody pro průmyslové účely
Odplynění vody – termické, siřičitan sodný (doplňkově)
Termická úprava v odplyňovacích zařízeních – kaskádovité, sprchové,
atomizační s tryskou
Principem je vždy maximální kontakt s párou, kdy dochází k dohřátí na
teplotu blízkou varu vody (105 -140 oC) a pak k odplynění
Alkalizace vody
Tuhé alkalizační prostředky – fosfát,NaOH
- dávkování přímo do kotlů
Těkavé alkalizační prostředky – amoniak, hydrazín, alkalizační aminy
- dávkování do systému při průtočných kotlech
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění průmyslových vod
1. Úprava vody pro průmyslové účely
Voda pro chladící okruhy
Chladící okruh průtočný – filtrace před vstupem do chladícího systému
(zárodky vyšších živočichů)
Chladící okruh s významnou obměnou chladiva – část vody se nahrazuje,
filtrace vyjímečně
Chladící okruh uzavřený – oběhovou vodu alkalizovat, přídavnou vodu
změkčovat
Otevřené chladící okruhy s odparem (velké elektrárenské a chladírenské
provozy) – velmi pečlivě nastavit úpravy s ohledem na kvalitu surové vody
a potřebu provozů (filtrace, alkalické nebo kyselé čiření, nárazová
desinfekce)
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění průmyslových vod
1. Úprava vody pro průmyslové účel
Moderní přípravky
Sekvestrační činidla
Látky zabraňující vylučování sraženin (CACO3) na bázi polyfosfátů,fosfových
kyselin, polyelektrolyty, působí i jako inhibitory koroze
Dispergátory
Polyelektrolyty, které zvyšují náboj v roztoku vznikajících sraženin či
suspendovaných látek a zabraňují vzniku sedimentujícího kalu
Inhibitory koroze
Sloučeniny chloru a zinku, organické inhibitory
Biocidy
Směs chlornanu s bromidy
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění průmyslových vod
2. Čistění odpadních vod z průmyslu
Průmyslové odpadní vody – vznikají při použití vody ve výrobních procesech a
v zemědělství
Podle druhu znečistění rozdělujeme OV :
- látky netoxické a biologicky rozložitelné (cukry, mastné kyseliny,
aminokyseliny)
- látky netoxické a biologicky obtížně rozložitelné (huminové kyseliny,
azobarviva, ligninsulfonové kyseliny)
- látky toxické a biologicky rozložitelné (fenol, formaldehyd)
- látky toxické a biologicky obtížně rozložitelné (pesticidy,
organochlorované uhlovodíky)
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění průmyslových vod
2. Čistění odpadních vod z průmyslu
Charakter znečisťujících látek
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění průmyslových vod
Znečišťující látky Příklady
ROZPUŠTĚNÉ
Organické
- Biologicky rozložitelné Cukry, mastné kyseliny
- Biologicky nerozložitelné Azobarviva
Anorganické Těžké kovy, S2-
NEROZPUŠTĚNÉ
Organické
- Biologicky rozložitelné Škrob, bakterie
- Biologicky nerozložitelné Papír, plasty
- Usaditelné Celulozová vlákna
- Neusaditelné Bakterie, papír
- Koloidní Bakterie
- Plovoucí Papír, oleje, tuky
Anorganické
- Usaditelné Písek, hlína
- Neusaditelné Brusný prach
2. Čistění odpadních vod z průmyslu
Znečištění vody – taková změna fyzikálních, chemických a
biologických vlastností vody, která omezuje nebo i znemožňuje její
použití k danému účelu
Charakter znečišťujících látek – u POV velmi rozmanité
Neexistuje jediný ekonomický přijatelný universální proces, kterým by bylo
možné odstranit všechny formy znečištění
Nutnost kombinace několika zcela rozdílných procesů (jednotkových operací)
Sled operací  technologická linka čištění
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění průmyslových vod
2. Čistění odpadních vod z průmyslu
Technologická linka - volba zařazení jednotlivých záleží na charakteru
znečištění a při dodržení těchto podmínek
1. proces musí být účinný
2. proces měl být ekonomicky přijatelný
3. proces by neměl být příliš náročný na spotřebu energií
4. při procesu by neměly být vnášeny do čištění OV další znečišťující
látky (Cl-, SO4
2- …)
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění průmyslových vod
2. Čistění odpadních vod z průmyslu
Přehled základních metod pro čistění průmyslových vod
Fyzikální
- Sedimentace
- Filtrace
Chemické
- Srážení
- Oxidace a redukce
- Čiření
- Neutralizace
Biologické
- Aerobní
- Anaerobní
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění průmyslových vod
2. Čistění odpadních vod z průmyslu
Typický proces čistění odpadních vod
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění průmyslových vod
Předčištění
Fyzikální /
chemické čištění,
separace tuhé fáze
Čištění
Biologické čištění
Aerobní /
anaerobní čištění /
kontinuální
Dočištění
Filtrace,
absorpce
Vypouštění čistých
výtoků
2. Čistění odpadních vod z průmyslu
Fyzikální metody čistění
Sedimentační nádrže
Zachycení až 90% nerozpuštěných látek
Nádrže kruhového nebo obdélníkového tvaru s pomalým horizontálním
nebo vertikálním průtokem vody. Částice znečistění s menší měrnou
hmotností vystupují nad hladinu, s větší se usazují na dně
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění průmyslových vod
2. Čistění odpadních vod z průmyslu
Lapače tuků
Hlubší nádrže vybavené nornými stěnami k zachycování tuků a olejů.
Nezbytná součást všech potravinářských provozů a provozů kde je nebezpečí
úniku olejů. Odstranění mastnoty před vstupem do dalšího stupně čistění je
základním procesem (zalepení strojního zařízení).
Lapače písku
Mělké nádrže s velice pomalým průtokem vody, ve kterých sedimentují
drobné pevné částice.
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění průmyslových vod
2. Čistění odpadních vod z průmyslu
Filtrace
- gravitační – pouze tlak vodního sloupce
- tlaková – voda se do filtru vhání pod tlakem
Základní typy filtrů
- zemní (již nepoužívané)
- betonové nebo nádrže
- filtrační uzavřené kolony (plastové, kovové)
Náplně filtrů
- síta s oky různých velikostí
- membrány - písek, aktivní uhlí, plastové membrány,
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění průmyslových vod
2. Čistění odpadních vod z průmyslu
Chemické metody čistění
Čiření
Postupy, které odstraňují z vody zákal ve formě jemně suspendovaných
částic. Používají se různá chemická činidla - flokuanty nebo koagulanty
Suspendované částice se shlukují do větších částic (vločky), které dobře
sedimentují nebo filtrují
Neutralizace
Používá se většinou pro předčistění odpadních vod. Cílem je upravit pH vody
na stanovenou hladinu v rozmezí 6,5 – 8. Ideální je smíchání zásadité a kyselé
vody. Většinou přidání příslušné látky (průmyslová výroba)
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění průmyslových vod
2. Čistění odpadních vod z průmyslu
Oxidace a redukce
Pokud odpadní vody obsahuje znečisťující látky, které odebírají kyslík
(oxidují) používají se chemická činidla pro zastavení těchto procesů (chlorové
vápno, chlornany). Použití také při odstranění zápachu nebo zabarvení vody
(škrobárenský průmysl)
Srážení
Provádí se po fyzikálním čistění. Cílem je převedení dobře rozpustných látek
na hůře rozpustné nebo nerozpustné (ropné látky, pesticidy)
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění průmyslových vod
2. Čistění odpadních vod z průmyslu
Biologické metody čistění
Základem biologického čistění OV je činnost mikroorganismů – nastavit
optimální podmínky pro jejich život (chemické, fyzikální, dostatek potravy)
Aerobní – za přístupu vzduchu
Anaerobní – bez přístupu vzduchu
Přirozené čistění – kopíruje přírodní procesy
Umělé čistění – technické a technologické prvky
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění průmyslových vod
2. Čistění odpadních vod z průmyslu
Srovnání aerobního a anaerobního způsobu čistění OV
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění průmyslových vod
Aerobní Anaerobní
Rychlejší Pomalejší
Více kalu Méně kalu
Větší spotřeba energie Menší spotřeba energie
Není produkována energie Je produkován CH4
Více účinné při nižším CHSK Více účinné při vyšším CHSK
Spolehlivější Sklon k tvorbě nánosů
Méně vhodné pro odstranění
patogenů a parazitů
Účinnější pro odstranění patogenů a
parazitů
2. Čistění odpadních vod z průmyslu
Přirozené biologické čistění
Závlaha
Nejstarší způsob biologického čistění, aplikované OV musí přísně splňovat
zemědělské požadavky na složení znečistění
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění průmyslových vod
Biologické rybníky - nádrže
o velké rozloze a malé
hloubce, samočistící proces
je zintenzívněn stálým
provzdušňováním, u
některých typů i možnost
nasazení vybrané vhodné
rybí osádky
2. Čistění odpadních vod z průmyslu
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění průmyslových vod
Kořenové čistírny - využívají přírodních pochodů probíhajících v kořenech
rostlin, určeny pro malé obce, významně snížená účinnost v zimních období
2. Čistění odpadních vod z průmyslu
Umělé biologické čistění
Biologické filtry (zkrápěné biologické kolony) – většinou plastové
desky s
členitým povrchem, na kterém se dobře uchytí mikroorganismy.
Povrch je
rovnoměrně skrápěn čistěnou vodu za intenzivního přístupu
vzduchu
Aktivace – nejrozšířenější metoda, v intenzivně provzdušňovaných
nádržích se odpadní voda mísí s aktivovaným kalem.
Aktivovaný kal – směsice mikrorganismů (bakterie, houby,
kvasinky, plísně…)
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění průmyslových vod
2. Čistění odpadních vod z průmyslu
Anaerobní aktivace
-hydrolýza – probíhá působením fermentačních bakterií,
polymery se rozkládají na nízkomolekulární látky rozpustné
ve vodě (např. celulóza a škrob na glukózu)
-kyselé kvašení – rozkládá produkty 1. stupně působením
acetogenních bakterií na nižší alifatické kyseliny a alkoholy
(kyselina octová)
-metanové kvašení – metanizační bakterie převádějí produkty
kyselého kvašení na metan (bioplyn)
Bioplyn – směs plynných produktů – metan + oxid uhličitý (H2, N2,
H2S),
dobře pracující nádrže: 65 – 75% CH4 + 25 – 35% CO2 ,
Využití - vyhřívání vyhnívacích nádrží, ohřev vody, vytápění budov
čistírny kogenerace na elektrickou energii
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění průmyslových vod
2. Čistění odpadních vod z průmyslu
Společné čištění MOV a POV
Optimální řešení – pokud to podmínky alespoň trochu dovolují
Hlavní výhody:
1. úspora investičních a provozních nákladů při výstavbě a provozu jedné
velké čistírny než dvou menších
2. možnost získání dokonalejší technologie čištění a kvalifikovanější
obsluhy pro velkou čistírnu
3. splaškové vody mají přebytek dusíku a fosforu, kterých bývá u
průmyslových OV málo
4. ředěním průmyslovými OV vodami splaškovými se sníží koncentrace
některých toxických látek u průmyslových OV čímž se umožní jejich
biologické čištění
Nevýhoda:
1. toxické látky v průmyslových OV – problémy s čištěním
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění průmyslových vod
2. Čistění odpadních vod z průmyslu
Vypouštění průmyslových OV do veřejné kanalizace –
kanalizační řád
Do veřejné kanalizace nesmí být vypouštěny OV obsahující látky:
1. radioaktivní, infekční, ohrožující zdraví a bezpečnost obsluhy i
ostatního obyvatelstva a látky nadměrně páchnoucí,
2. látky narušující materiál stokové sítě nebo čistírny
3. látky způsobující provozní závady nebo poruchy ve stokové síti nebo
ČOV
4. látky hořlavé, výbušné, případně látky, které smísením se vzduchem
nebo vodou tvoří výbušné, dusivé nebo otravné směsi
5. látky, které po smísení s jinými látkami, které se mohou ve stokové síti
vyskytovat, se rozkládají na jedovaté látky
6. pesticidy, jedy, omamné a agresivní látky
7. soli, ropné látky a nerozpuštěné látky v nadměrném množství
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění průmyslových vod
3. Speciální vody
Úprava ultračistých vod
Mikroelektronika, zdravotnictví, letecký a kosmický průmysl
- Minimální vodivost, velmi nízké TOC, počet částic, počet bakterií, určité
rozpuštěné soli a plyny (koncentrace v ng/l)
- Zvýšené nároky na znovuvyužívání vody (recirkulace) a snížení spotřeby
- Doprava vody pod správným průtokem a vhodným tlakem, zajistit neustálý
průtok, vložená desinfekce UV zářením nebo ozonem
- Použitý materiál pro konstrukce – polypropylen, polyvinilchlorid (na
ústupu), nerezová ocel, PVDF (derivát fluorovaných uhlovodíků)
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění průmyslových vod
3. Speciální vody
Stupeň úpravy vody Technologie
Předúprava Dávkování POF
Vícevrstvá filtrace
Sorpční anex
Aktivní uhlí
Změkčování
Základní úprava Ohřev vody
Reversní osmóza
UV oxidace
Mixbed (Ionex)
Mikrofiltrace
Ultrafiltarce
Odstranění O2
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění průmyslových vod
3. Speciální vody
Stupeň úpravy vody Technologie
Dočistění
Recirkulace
Ochrana N2
UV oxidaxe
Mixbed
UV desinfekce
Ultrafiltrace
Distibuční smyčka z PVDF
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění průmyslových vod
3. Speciální vody
Mikrofiltrace
Filtrovaná voda prochází překážkou o dané porozitě, filtrované látky zůstávají
na membráně, regenerace membrány se neprovádí, filtrační materiál –
navinutý polypropylénový drát (úhel navinutí=otvor 0,05 – 0,2 μm)
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění průmyslových vod
Ultrafiltrace
Filtrovaná voda protéká podél
mebrány, voda zbavená
nečistot protéká membránou,
nečistoty jsou z povrchu
odplavovány do odpadu,
dvojitá mebrána z dutých
vláken, odstranění částic
velikosti 0,005 – 0,1 μm
3. Speciální vody
Průsakové vody ze skládek
Značná kvalitativní a kvantitativní rozmanitost v návaznosti na
-skládkovaný odpad
-stáří skládky (kyselinotvorná nebo methanogenní fáze)
-množství dešťových srážek
-provozovní parametry (hutnění, odvod bioplynu, systém ukládání odpadů)
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění průmyslových vod
3. Speciální vody
Příklad vybraných parametrů sledovaných u průsakových vod ze skládky
odpadů a rozsah obvyklých hodnot
C6890 Technologie ochrany prostředí
6.Úprava a čistění průmyslových vod
Technologické možnosti
čistění
-membránové separační
procesy (mikrofiltrace,
nanofiltrace ultrafiltrace,
reverzní osmóza
-vakuová odparka (destilace,
odpařování vody)
CHSKCr BSK5 RL RAS NL Co Ni Se Hg Cl- SO4
2- F- Ncelk NH4
+ C10-C40 pH
mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l μg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l -
od
350 40 3 000 2 500 30 0,00 0,00 0,000 0,000 600 250 1 70 50 0,06 7
do
2 300 1 300 7 000 6 000 250 0,01 0,08 0,005 0,001 2 000 1 500 4 200 160 1,20 8