MUNI PŘÍRODOVĚDECKÁ F A K D L T A lologicke čistení odpadních vod 09.04.2022 Tomáš Vítěz Monika Vítězova Odvádění odpadních vod - geneze Odvádění odpadních vod Stávající stokové sítě jsou koncipovány pro rychlé a spolehlivé odvedení splaškových a srážkových odpadních vod. Jednotný sytém: Dopravuje odpadní vody jednou trubní sítí na COV. Dochází k částečnému odtoku odpadních vod před ČOV do recipientu. Oddílný systém: Splaškové odpadní vody odvádí na ČOV. Srážkové odpadn vody jsou odváděny po případném mechanickém předčištění do recipientu. Odvádění odpadních vod Jednotný sytém Odvádění odpadních vod Odvádění odpadních vod - Brno Kanalizační rád Brno Kanalizační systémy EU Country Separate sewers Combined sewers No. of storm overflow (SO) structures* Belgium 7.7% 92% 12 382 SOs Denmark 50% 50% 1 7 548 Sos (4873 CSOs) Finland c.95 % c.a. 5 %, Helsinki: 30 % - France 68% 32% - Germany 57% 43% 18 425 Sos (North Rhine-Westphalia, Bavaria) Ireland 76% 16% 1 900 SOs Luxembourg 10% 90% - Netherlands 27% 68% 13 700 SOs Portugal 66% 33% 6 342 SOs Spain 87% 13% - Sweden 88% 12% - United Kingdom 30% 70% 19 049 CSOs zdroj: https://ec.europa.eu/ Určení množství odpadních vod Splaškové odpadní vody - přednostně přímým měřením, - na základě spotřeby pitné vody, Hodnota Per capita water consumption Community size Population range (inhabitants) (L inhab d) Rural settlement <5,000 90-140 Village 5,000-10,000 100-160 Small town 10,000-50,000 110-180 Average town 5O,OO0-25O?OO0 120-220 Large c ity >250.000 150-300 ^Ispec ~~ ^50 I na osobu a den Specifické množství vody fakturované pro domácnost Rok 1989 2015 2016 2017 2018 2019 2020 dm3 na osobu a den 171,0 87,9 88,3 88,7 89,2 90,6 91,1 Určení množství odpadních vod (splaškové odpadní vody) Faktory ovlivňující spotřebu vody —► produkci splaškové odpadní vody • dostupnost vody • měření spotřeby vody • klima • cena za vodu • velikost aglomerace • tlak vody ve vodovodu • ekonomická situace společnosti • ztráty vody • industrializace oblasti Určení množství odpadních vod (splaškové odpadní vody) - specifický přítok odpadních vod q = 150 I za den na 1 obyvatele - měření skutečného přítoku za posledních 5 let průměrný denní přítok odpadních vod: Q24,m = Populace*q průměrný bezdeštný denní přítok: Q24 = Q24,m+ Qb + Qp maximální bezdeštný denní přítok: Qd = Q24,m * kd + QB + QP maximální bezdeštný hodinový přítok: Qh = Q24rn * kd * kh + QB + QP/24 (toto řeší ČSN 756401) Určení množství odpadních vod (splaškové odpadní vody) 700 t-----tr Dcnní kolísání množství a koncentrace odpadních vod 1600 ■■ 1400 ■■ 1200 hod Koeficienty denní nerovnoměrnosti tis EO do 1 1,5 1 až 5 1,4 5 až 20 1,35 20 až 100 1,25 Koeficienty hodinové nerovnoměrnosti tis EO hmn* hmin 1 2,2 0,6 2 2,1 0,6 5 2 0,6 10 2 0,6 20 1,9 0,6 30 1,8 0,6 50 1,7 0,6 100 1,5 0,7 Koeficientypro COV do 500 EO EO 30 7,2 40 6,9 50 6,7 75 6,3 100 5,9 300 4,4 400 3,5 500 2,6 Určení množství odpadních vod (splaškové odpadní vody) Maximální přítok (Qmax) splaškových odpadních vod se určí Gn.x =^;-khnm[m3/h\ kde : Qd- maximální denní bezdeštný přítok [m3] khmax- koeficient hodinové nerovnoměrnosti [-] V praxi se stoky navrhují na dvojnásobek Qmax QnsP = Ô™ ■ 2[m3 / h] Určení množství odpadních vod (splaškové odpadní vody) Establishment Unit Flow range (L/unit.d) Airport Passenger 8-15 Accommodation {lodging house) Resident 80-150 Public toilet User 10-25 Bar Customer 5-15 Cinema/theatre Seat 2-10 Office Employee 30-70 Hotel Guest 100-200 Employee 30-50 Industry (sanitary sewage only) Employee 50-80 Snack bar Customer 4-20 Laundry - commercial Machine 2,000^1,000 Laundry - automatic Machine 1,500-2,500 Shop Toilet 1,000-2,000 Employee 30-50 Department store Toilet 1,600-2,400 Employee 30-50 m2 of area 5-12 Petrol station Vehicle attended 25-50 Restaurant Meal 15-30 Shopping centre Employee 30-50 m2 of area 4-10 Zdroj: Metcalf and Eddy 1991 Určení množství odpadních vod Průmyslové odpadní vody - data v projektové dokumentaci - technologická voda, - skutečná spotřeba vody, - nutno zahrnout produkci od zaměstnanců a dalších podpůrných procesů. Určení množství odpadních vod (průmyslové odpadní vody) Proces výrobní jednotka spotreba vody [m3] Počet EO výroba mléka 1 m3 mléka 1 - 10 40 - 230 zpracování cukrovky tuna řepy 1 - 10 45-70 zpracování vlny 1 000 kg vlny 500 - 600 loužení kůže 1 000 kg kůže 5-40 1 000 - 5 000 výroba papíru 1 000 kg papíru 15 - 250 200 - 900 vaření piva 1 m3 piva 5-20 150 - 350 výroba pryže 1 000 kg pryže 100-150 výroba mýdla 1 000 kg mýdla 25 - 200 Zdroj: Metcalf and Eddy 1991 Určení množství odpadních vod Srážkové vody - určíme pomocí speciálních výpočtových metod, - rozdělení oblasti do povodí - následné určení druhů ploch (propustné x nepropustné) Určení množství odpadních vod (srážkové vody) Klasická filosofie Statistické zpacování dešťových dat Výpočet Výsledek Moderní filosofie Historická dešťová řada Simulace pomocí matematických modelů Statistické zpracování výsledků Určení množství odpadních vod (srážkové vody) Položka Druh odvodňované plochy, popřípadě druh úpravy povrchu Sklon povrchu a na něm závislý součinitel (qj) do 1 % 1 % až 5 % nad 5% 1. Střechy s propustnou horní vrstvou tlustší než 100 mm 0,5 0,5 0,5 2. Střechy ostatní 1,0 1,0 1,0 3. Asfaltové a betonové plochy, dlažby se zálivkou spár 0,7 0,8 0,9 4. Dlažby s pískovými spárami 0,5 0,6 0,7 5. Upravené štěrkové plochy 0,3 0,4 0,5 6. Neupravené a nezastavěné plochy 0,2 0,25 0,3 7. Sady, hřiště 0,1 0,15 0,2 8. Zatravněné plochy 0,05 0,1 0,15 Q = q-Sy/ kde Q - průtok srážkových vod [l/s] Y - součinitel odtoku, - závisí na druhu, sklonu a propustnosti povrchu ) S - plocha povodí [m2] q - intenzita návrhového deště doby trvání f (min) a periodicity p (l/s.m2) (intenzita deště = 0,03 1/s'im2) Určení množství odpadních vod (srážkové vody) LEGENDA: IVANČICE Propustná plocha Nepropustná plocha Šikmé střechy Rovné střechy Určení množství odpadních vod (srážkové vody) Doba trvání deště Určení množství odpadních vod (srážkové vody) Určení množství odpadních vod (srážkové vody) Určení množství odpadních vod (srážkové vody) • 15 min. blokový déšť • 171 l/s.ha • Srážková výška 15,4 mm • Celkový objem deště na elementárním povodí D 0233 76 m3 __RAINFALL [my-m/s] 16.0- — 14.0: — 12.0: — 10.0; — 8.0; 6.0- — 4.0; — 2.0; — 0.0:--'— -- 00:00:00 00:10:00 00:20:00 00:30:00 00:40:00 00:50:00 8-10-1999 Zdroje znečistení ZDROJE ZNEČIŠTĚNI BODOVÉ ZDROJE ZNEČIŠTĚNI PLOŠNÉ A DIFÚZNI ZDROJE ZNEČIŠTĚNÍ ZDROJOVÉ CESTY OOTOK I ntÚHYSLOVYCH C©ŕ OCTWZTtXlBHlCMMCTMT TÍÍEBnI a*C"T*TTY BODOVÉ ZDROJOVÉ CESTY DIFÚZNI ZDROJOVÉ CESTY Z NEURBANIZOVANĚHO ÚZEMÍ DIFÚZNI ZDROJOVÉ CESTY Z URBANIZOVANÉHO ÚZEMl Zdroje znečistení o o n o =5 fD 13 o o -n «- Clear Water Dissolved j^^Oxy^en^ Bacteria *S /_.........Í...JF............. Distance Znečišťující látky v odpadních vodách Splaškové odpadní vody - zastoupena široká škála znečišťujících látek Průmyslové odpadní vody - může být dominance určité skupiny znečišťujících látek Srážkové vody - znečišťující látky atmosťérická depozice + povrchy Znečišťující látky v odpadních vodách Source Main Wastewater Stormwater Pollutant representative parameters Domestic Industrial Agricultural Urban and pasture Possible effect of the pollutant Suspended solids Total suspended solids XXX <—> XX X * Aesthetic problems * Sludge deposits * Pollutants adsorption * Protection of pathogens Biodegradable organic mailer Biochemical oxygen demand XXX «—► XX X ■ Oxygen consumption * Death of fish * Septic conditions Nutrients Nitrogen Phosphorus XXX «—► XX X ■ Excessive algae growth ■ Toxicity to fish (ammonia) * Illnesses in new-born infants (nitrate) • Pollution of groundwater Pathogens Coliforms XXX <—* XX X • Water-borne diseases Non-hiodegradable organic matter Pesticides Some detergents Others X <—> X XX ■ Toxicity (various) • Foam (detergents) • Reduction of oxygen transfer (detergents) ■ Non-biodegradability • Bad odours (e.g.: phenols) Metals Specific elements (As. Cd, Cr, Cu. Hg, Ni, Pb, Zn, etc.) X <—> X * Toxicity • Inhibitionofbiological sewage treatment • Problems in agriculture use of sludge * Contamination of groundwater Inorganic dissolved solids Total dissolved solids Conductivity XX <—* X * Excessive salinity - harm to plantations (irrigation) * Toxicity to plants (some ions) ■ Problems with soil permeability (sodium) x: small xx: medium xxx: high —>: variable empty, usually not important Zdroj: M.Sperling, 2007 Wastewater Characteristics, Treatment and Disposal Složení splaškových odpadních vod Feces Fecal wet weight (g cap day) 128 Fecal dry weight {g cap day) 29 Stool frequency {motions 24 hr) 1.1 Total solids (%) 25 VS{%cfTS) 89 COD (g cap day; 71 Nitrogen {g cap day) 1.8 Protein {g cap day) Ö.3 Lipids (g cap day) 4.1 Carbohydrate (g cap day) Fiber (g cap day) 6 Calorific ^Talue (kcal cap day) 132 Ů.Ú Mineral matter —j^ Hemicellulose Cellulose — 6% I 2% 79% Other (3%) Figure 20: Composition oJ'loilet paper (assessed in our laboratory) toaletní papír, g na osobu za den 11,68-19,4 tampony a vložky, g na osobu za den 34 Rose C, Parker A, Jefferson B, Cartmell E. The Characterization of Feces and Urine: A Review of the Literature to Inform Advanced Treatment Technology. Cht Rev Environ Sei Technol. 2015;45(17):1827-1879. doi:10.1080/10643389.2014.1000761 Znečišťující látky v odpadní vodě Popisovány: - fyzikálními vlastnostmi - chemickými vlastnostmi - biologickými vlastnostmi 1 % znečištění I ČOV Znečišťující látky v odpadní vodě fyzikální parametry teplota barva zápach zákal vyšší než teplota pitné vody mění se v průběhu roku ovlivňuje mikrobiální aktivitu ovlivňuje rozpustnost plynů ovlivňuje viskozitu kapalin šedohnědá - obvyklá tmavě šedá až černá - neobvyklá směs pachů, nepríjemné - subjektivní!! sirovodík, amoniak - neobvyklý průmyslové vody mají specifický zápach / vůni obsah nerozpuštěných látek vyšší zákal = vyšší zatížení nerozpuštěnými látkam Znečišťující látky v odpadní vodě fyzikální parametry - teplota ČOV 5000 EO, 2013-2016 5 0 50 100 150 200 250 300 350 day zdroj: Vítězova et al, Temperature and De-icing Salt, Effect on the Activated Sludge Znečišťující látky v odpadní vodě fyzikální parametry - barva / zákal foto: Vítěz, kanalizace Brno Znečišťující látky v odpadní vodě fyzikální parametry - zápach Fig. 1. A diagram of process installations in the model wastewater treatment plant and characteristics of odor emissions at every municipal wastewater treatment stage; a) grills, b) sludge separator, c) initial settling tanks, d) anaerobic biological reactors, e) aerated biological reactors, f) secondary settling tanks, g) sludge densification and dehydration station, h) closed fermentation chambers, i) biogas tank, j) sludge degasification station, k) thermal sludge and screenings processing station (Doshi et a!., 2005) (EN 13725. 2003). Znečišťující látky v odpadní vodě fyzikální parametry - klasifikace podle velikosti částic DISTRIBUTION OF SOLIDS BY SIZE D S SOLVE D visible (a naked eye VIRUSES BACTEJRIAL FljOCS ALGAEJ, PROTOZOA BAClTERlA i COLLOIDAL SUSPENDED io"6 io-5 10"4 10"3 10-2 10"1 10° io1 102 103 PARTICLE SIZE Zdroj: M.Sperling, 2007 Wastewater Characteristics, Treatment and Disposal Znečišťující látky v odpadní vodě chemické parametry - veškeré látky ROZPUŠTĚNÉ organické biologicky rozložitelné biologicky nerozložitelné anorganické NEROZPUŠTĚNÉ organické biologicky rozložitelné biologicky nerozložitelné usaditelné neusaditelné anorganické usaditelné neusaditelné Znečišťující látky v odpadní vodě chemické parametry - distribuce látek v odpadní vodě veškeré látky 1000 mg/l nerozpuštěné látky 350 mg/l rozpuštěné látky 650 mg/l netěkavé látky 50 mg/l těkavé látky 300 mg/l netěkavé látky 250 mg/l těkavé látky 400 mg/l Znečišťující látky v odpadní vodě chemické parametry - veškeré látky vzorek i sušení 105°C veškeré látky žíhání 550°C veškeré látky filtrát filtrace sušeni r/ rozpuštěné látky (RL) * 105°C pevný sušeni 105 °C \ nerozpuštěné látky (NL) žíhání 550 °C žíhání 550 °C netěkavé RL těkavé RL netěkavé NL těkavé NL celkové netěkavé celkové těkavé schéma: Vítěz Znečišťující látky v odpadní vodě chemické parametry - veškeré látky (Total Solids) Gravimetrické stanovení veškerých látek (VL): - nefiltrovaný homogenizovaný vzorek sušíme pri teplotě 105 °C - dochází nutně k vytékání těkavých organických látek, které pri tomto stanovení nejsou detekovány. Touto chybou jsou zatíženy všechny metody založené na sušení vzorku (VL, VL , TOC a pod.). vážení sušení 105°C chlazení vazem VL m, 105 [g-dm3] m, - hmotnost porcelánového kelímku [g] m2 - hmotnost porcelánového kelímku s oáparkem [g] V0 - objem vzorku použitý pro stanovení [dm3] Znečišťující látky v odpadní vodě chemické parametry - veškeré látky (Total Solids) Stanoveni ztráty žíháním (ZZ): - zbytek po stanovení veškerých látek žíháme v peci při 550 °C do konstantní hmotnosti - informace o obsahu organických / anorganických látek vzorek po VL zž = m2-m3 vážení žíhání 550°C chlazení vazem m2 -ml 100 [%] m, - hmotnost prázdného vysušeného kelímku [g] m2 - hmotnost porcelánového kelímku s odparkem [g] m3 - hmotnost porcelánového kelímku se zbytkem po žíhání [g] Znečišťující látky v odpadní vodě chemické parametry - nerozpuštěné látky (NL) více než dvě tretiny nerozpuštěných látek jsou tvořeny látkami organickými, provádí se filtrací pres filtr ze skleněných vláken, póry 0,12 - 4,0 |jm, filtr následně sušíme pri 105 °C do konstantní hmotnosti a vážíme. filtr vážení sušení 105°C chlazení vazem NL m2 -ml 105 [g-dm3] m, - hmotnost filtru [g] m2 - hmotnost filtru s nerozpuštěnými látkami po vysušení [g] V0 - objem vzorku použitý pro stanovení [dm3] Znečišťující látky v odpadní vodě chemické parametry - rozpuštěné látky (RL) - supernatant odparujeme do konstantní hmotnosti pri 105 °C. - nedochází k úplné dehydratatci napr.: MgS04-7H20, CaCI2-2H20 ... - dochází k rozkladu hydrogenuhličitanů 2HC03 —► C032_ + C02 + H20 úbytek hmotnosti m, - hmotnost prázdného vysušeného kelímku [g] m2 - hmotnost kelímku s odparkem [g] V0 - objem vzorku použitý pro stanovení [dm3] Znečišťující látky v odpadní vodě chemické parametry - rozpuštěné látky (RL) - odparek žíháme do konstantní hmotnosti pri 550 °C (RL 550) - předpokládá se odparení všech organických látek - dochází k sublimaci amonných solí, úbytek hmotnosti = špatně stanoven RAS vážení žíhání 550°C chlazení vážení m, - hmotnost prázdného vysušeného kelímku [g] m2 - hmotnost porcelánového kelímku s odparkem [g] m3 - hmotnost porcelánového kelímku se zbytkem po žíhání [g] Znečišťující látky v odpadní vodě chemické parametry - organické látky (Organic Matter) Hlavní komponenty - proteiny, polysachyridy a lipidy látka jednotka obsah v odpadní vodě proteiny [%] 40-60 polysacharidy [%] 25-50 lipidy [%] do 10 NEPŘÍMÉ STANOVENÍ TSK teoretická spotreba kyslíku BSK biologická spotreba kyslíku | CHSK chemická spotreba kyslíku PŘÍMÉ STANOVENÍ TOC celkový organický uhlík ~i COD Not oxidizable Not biologically degradácie Large molecules May take hours/days to degrade Teoretická spotreba kyslíku - vyjadřuje se jako množství kyslíku [g] potřebného na úplnou oxidaci Ig dané látky. CaHbOc + 2a H---c l 2 ) 0^aC02+-H20 2' 8-(4-g + fr-2-c)r n 75a = —1-—-- [g U2na\g latky\ Teoretická spotreba kyslíku - příklad glukóza b \ b CaHhOc + [ 2a + - - c \ 0 -> aC02 +^H20 CetiiiOe + 120 -> 6C02 + 6H20 8 • (4 • a + Z? - 2 • c) 8 • (4 • 6 + 12 - 2 • 6) TSK =---=-—-= 1,06 g 02/gC6H1206 Biologická spotreba kyslíku Množství kyslíku spotřebovaného mikroorganismy pro rozklad organických látek za aerobních podmínek Oxidace nově vzniklých zásobních látek probíhá cca 20 dní (tato doba je pro praktické využití příliš dlouhá používá se 5 denní inkubace - BSK5). organická hmota + 02 » CQ2 + H20 + biomasa Biologická spotřeba kyslíku Průběh BSK - kinetická rovnice 1. řádu schéma: Vítěz BSKt BSK v čase t BSKC celkové BSKC k rychlostní konstanta Kinetická rovnice 1. řádu r=k • BSKZ Kinetická rovnice 1. řádu d-BSKz/dt = k • BSKZ Integrací pro počáteční podmínky t = 0, BSKt= 0 BSKZ= BSKC (l-e-H) BSK,= BSKC - BSKZ Biologická spotreba kyslíku Príklad: BSK5 = 300 mg/l, t = 5dnú, k = 0,4 za den BSKC = ??? mg/l Typický rozsah BSKC/BSK5 Origin_BODq/BQDg High concentration sewage 1.1-1.5 Low concentration sewage 1.2-1.6 Primary effluent 1.2-1.6 Secondary effluent 1.5-3.0 zdroj: Arceivala (1981) BSKt = BSKC • (l - e~kt) BSKS 300 c (1 - e~kt) 1 - e"0'4"5 = 347 mg/l Biologická spotřeba kyslíku Conversion of Ammonium to Nitrite (Nitrosomonas) NH4+ + 2 02 -> Bacteria (Nitrosomonous) -> N02 + 2 H+ + H20 r-1-1-1 0 10 20 30 Time, days Biologická spotreba kyslíku Porovnání průběhu BSK, průmyslové x splaškové OV i-1-1-1-1-1-1-1-1-1-r 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Time (days) Biologická spotreba kyslíku Metody stanovení - Volumetrická (titrační) metoda - Respirometrická metoda - Elektrochemická metoda - Spektrofotometrická metoda Biologická spotreba kyslíku Metody stanovení - volumetrická (titrační) metoda - jodometrická metoda (Winklerova), nepřímé stan - pro koncentrace 02 0,2 - 20 mg/l, - inkubace 5 dnů, teplota 20±1°C, tma, MnS04 + 2KOH Mn(OH)2 + K2S04 2Mn(OH)2 + /2O2 + H20 —► 2Mn(OH)3 —► rezavě hnědá sraženina 2Mn(OH)3 + 3H2S04 Mn2(S04)3 Mn2(S04)3 + 2KI -h. |2 + K2S04 + 2MnS04 l2 + 2Na2S403 2Nal + Na2S4Oó indikátor škrob foto: Vítěz Biologická spotreba kyslíku Metody stanovení - respirometrická metoda - měření podtlaku v uzavřeném systému, - mikroorganismy, které se nacházejí ve vzorku, S|c kyslík a produkují C02, - C02 je absorbován NaOH. Vzniklý podtlak, přím koncentraci BSK v mg/l, - inkubace 5 dnů, teplota 20±1°C, tma. Biologická spotreba kyslíku Elektrochemická metoda Rozpuštěný kyslík Rozpuštěný kyslík 10 mg/l 5 mg/l BSK5 =10-5 = 5 mg/l den = 0 den = 5 foto: Vítěz Biologická spotreba kyslíku Spektrofotometrická metoda foto: Vítěz Biologická spotreba kyslíku Limitace metody - přítomnost těžkých kovů, - nutno inhibovat nitrifikanty, - BSKce!k / BSK5 se mění v odpadní vodě a to i v rámci průtoku ČOV, - analýza trvá 5 dnů, jeho použití pro řízení procesu ???, - základní návrhový parametr - základní odtokový parametr vyčištěné vody Biologická spotreba kyslíku The Possibility of Using Spent Coffee Grounds to Improve Wastewater Treatment Due to Respiration Activity of Microorganisms by Monika Vítězova 1, V Simona Jančiková 2, V_ Dani Dordevič 2, Tomáš Vrtéz133 Jakub Elbl45 ©, \_ Nikola Hanisáková ^'L Josef Jampílek^ and ^ Ivan Kushkevycfi1r" Q© Activated Sludge Respiration Activity Inhibition Caused by Mobile Toilet Chemicals by @ Tomáš Vitez12 B™ (JJ Monika Vítězova 1>* B, @ Markéta Nováčkova1 E and (JJ Ivan Kushkevych 1'* ^ 1 Department of Expertmenial Biology, Faculty of Science, Masaryk University. 62500 Brno Czech Republic 2 Department of Agricultural, Food and Environmental Engineering. Faculty of AgriScience; Mendel Liive's ly h B"ic. 31330 Brno, Czech Republic Authors to whom correspondence should be addressed. Processes 2020. 6(5), 59S: h tips: UŮ ci. org,'10.33 90; pr30 505 98 Springer Link Published: 26 October 2016 Effects of De-icing Salts on the Respiration of the Microorganisms of Activated Sludge Monika Vítězova S Tema; i - £k ..ttakan Nitayapat Water. Air. & Sott Pollution 227, Article number: 416 (2016J | Cite this article Co£l WWTP Modrice Formaldehyde WVVTP Moravany 30 45 6D 75 Time [Hours] 30 45 60 75 Tune (hours) Bronopol 3D 45 60 Tmc-Jhoii's;. Citric acid 10O0 'CM _ BOO _ sod ľ 60U -Guiil'Ol g 60Q 1 400 í i -,tJ 200 15 30 45 M 75 90 '5 30 15 60 Time (hours) Chemická spotreba kyslíku - znečištění organickými a oxidovatelnými anorganickými látkami, - vyjadruje ekvivalentní množství kyslíku, odpovídající spotrebe oxidačního činidla, CHSK (Cr) .. dichromanu draselného K2Cr2Oz CHSK (Mn) .. manganistanu draselného KMn04 - jeden mol dichromanu spotrebovaného pri titraci odpovídá 1,5 molu kyslíku v podobě 02, - hodnoty CHSK se udávají v jednotkách mg/l, - organické látky jsou oxidovány do různého stupně, většina z 90 %. Chemická spotřeba kyslíku nepřímá titrace s mineralizací vzorku (ČSN ISO 6060) • volumetrická kvantitativní metoda • přesná v rozmezí výsledků od 30 mg -I-1 do 700 mg -I-1, Princip - oxidace látek K2Cr207, 148 °C, po dobu 2 hodin, - v prostředí HgS04, AgS04 a H2S04, - titrace nezreagovaného množství K2Cr207 —► (NH4)2Fe(S04)2- 6H20 na ferroin —► CHSKCr [mg -h1] Chemická spotřeba kyslíku nepřímá titrace s mineralizací vzorku (ČSN ISO 6060) foto: Vítěz Chemická spotreba kyslíku spektrofotometricky (ČSN ISO 15705) • měřitelné až do 1000 mg -I-1, Princip - oxidace látek K2Cr207, 148 °C, po dobu 2 hodin, - v prostředí HgS04, AgS04 a H2S04, - absorbance vzniklého Crlll+ při vlnové délce 600 nm +/- 20 nm. foto: Vítěz Poměr CHSK:BSK5 - pro splaškové odpadní vody typicky 1,7 - 2,4 - pro průmyslové odpadní vody široký interval nízký poměr CHSK:BSK5 (< 3,0) - vysoký obsah biologicky rozložitelných látek, - vody schopny biologického čištění vysoký poměr CHSK:BSK5 (> 3,5) - vysoký obsah anorganických látek - vody možno čistit fyzikálně/chemicky Celkový organický uhlík (TOC) - přímé stanovení obsahu organického uhlíku, mg/l, termická nebo chemická oxidace organického uhlíku na oxid uhličitý (C02), oxid uhličitý se poté detekuje a jeho obsah se kvantitativně vyhodnotí. Používají se dvě metody: - vytěsňovací metoda, - diferenční metoda. DOC IDissoivcd Organic Carbon) N DOC (Non-Dissolved Organic Carbon) / 1 tc TIC ITotil Carbon) _ /Total Inoraonit Cortwn/ VOC/POC (Volnilo Organic Compound}/ NPOC (Non-Purgeablc Organic Carbon! schéma: HACH LANGE Celkový organický uhlík (TOC) Vytěsňovací metoda - jedno měření po úplném odstranění (TIC) ze vzorku (okyselení + vytěsnění). Metoda je vhodná pro vzorky - s obsahem TIC výrazně převyšujícím obsah TOC, - s velmi nízkým obsahem TIC, - s nízkým obsahem TOC. Celkový organický uhlík (TOC) Metoda diferenční - dvě měřeni stanovení (TC) a (TIC). - TOC = TC - TIC. Metoda je vhodná pro vzorky - s obsahem těkavých organických sloučenin VOC, - kde se obsah TOC = obsahu TIC neboje vyšší než TIC. Znečišťující látky v odpadní vodě Chemické parametry - celkový dusík (Total Nitrogen) Organický dusík - proteiny, aminokyseliny, moč Amoniový dusík Dusitany Dusičnany produkt metabolismu N org meziprodukt oxidace amoniového dusíku téměř se nevyskytuje na prítoku do ČOV konečný produkt oxidace amoniového dusíku. Na prítoku se téměř nevyskytuje schéma: Hach Lange Znečišťující látky v odpadní vodě Obsah forem dusíku v surové odpadní vodě N total TKN NO* Ammonia N Gľfl IKK sal u bia TKN patü-ilstB Ve vodě se vyskytuje amoniak ve formě: NH3 + H+^NH4+ pH < 8 NH4+ pH = 9,5 50 % NH3 a 50 % NH4+ pH > 11 NH3 obrázek: IAWQ, 1995 obrázek: Huang, 2007 Znečišťující látky v odpadní vodě Chemické parametry - celkový dusík (Total Nitrogen) Wastewater (proteins, urea) Biological fixation Organic Nitrogen • Bacterial decomposition and hydrolysis Refractory organic nitrogen Ammonium assimilation o O, Organic Nitrogen (bacterial cells) Organic Nitrogen (net growth) lysis & auto-oxidation Nitrite O, Denitrification Waste Biomass Nitrate t Nitrogen Gas (N2) Anoxia & organic carbon schéma: Eckenfelder and Argaman, 1991 Znečišťující látky v odpadní vodě Chemické parametry - celkový fosfor (Total Phosphorus) Organický fosfor - obsažen v organických látkách, fosfolipidy, fosfoproteiny Anorganický fosfor - ortofosforečnany a polyfosforečnany schéma: Hach Lange Znečišťující látky v odpadní vodě Obsah forem fosforu v surové odpadní vodě P tutal Plnorg (poli + orthc-phosphate) P soluhlo P psiiltJulaLfl obrázek: IAWQ, 1995 Znečišťující látky v odpadní vodě ph acidic o - záporná hodnota dekadického logaritmu číselné hodnoty aktivity vodíkových iontů, vyjádřené v molech na litr. PH =-log c H0+ kde cHO+- koncentrace hydroxoniových iontů extreme acidophils acidophils neutrophils alkalophiles - zásadní význam pro posuzování vlastností analyzované vody, - nejčastěji se hodnota pH stanovuje potenciometricky, ba - skleněná a srovnávací elektroda nebo kombinovaná elektroda, - pH vzorku vody se rychle mění- chemické, fyzikální a biologické pochody, - pH je výrazně ovlivněno teplotou. es extreme alkalophiles obrázek: Northern Arizona University Znečišťující látky v odpadní vodě Oxidačně-redukční potenciál (ORP) - parametr celkové intenzity oxidačních nebo redukčních podmínek v systému, - odráží stupeň vyváženosti mezi oxidačními a redukčními procesy. - při jakémkoliv samovolně probíhajícím oxidačně-redukčním ději přecházejí elektrony z redukčního činidla na oxidační. Využití - kontrola a řízení biologického čištění odpadních vod Znečišťující látky v odpadní vodě Oxidačně-redukční potenciál (ORP) Obvyklý rozsah hodnot ORP - prírodní a užitkové vody od - 500 mV do + 500 m V, - splaškové odpadní vody od - 200 mV do + 500 m V, - anaerobní stabilizaci kalů od - 200 mV do - 300 m V, - vnitřní prostředí lidského těla - 100 až - 200 mV. -400mV - 200 m V 0 200 mV 400 mv IIIIA I * I............I............I............I anaerobní podmínky anoxkké podmínky aerobní podmínky Znečišťující látky v odpadní vodě +400 p Oxidačně-redukčni potenciál (ORP) na COV + 300 — ORP, mV +250 - nitrifikace + 100 to +350 +200 — degradace BSK +50 to +250 + 150 — + 100 — biologické odstraňování fosforu +25 to +250 I +50 — n__- denitrifikace +50 to -50 CL VĹ O u -50 — produkce sirovodíku -50 to -250 -100 — -150 — biologická produkce fosforu -100 to -250 -200 — tvorba mastných kyselin -100 to -225 -250 — -300 — produkce metanu -175 to -400 -350 — -i00 Znečišťující látky v odpadní vodě Konduktivita (vodivost) - jednotkou konduktivity k je S -m1 - měfením získáme informaci o koncentraci iontově rozpuštěných látek, —► celkové mineralizaci vzorku. - destilovaná voda 0,05 mS -nrr1 až 0,3 mS • nrr1, - povrchové a prosté podzemní vody 5 až 50 mS • nrr1, - odpadní vody > 103 mS • nrr1, - průměrná konduktivita pitných vod v ČR 40 mS • nrr1, Znečišťující látky v odpadní vodě Biologické parametry - organismy převažující v odpadních vodách Indikátory fekální kontaminace Escherichia coli nebo enterokoky Termotolerantní koliformní bakterie Salmonella spp. Populační ekvivalent (PE) Ekvivalentní obyvatel (EO) Směrnice rady + vyhláška 428/2001 Sb. zatížení vyjádřené jako produkce organického biologicky odbouratelného znečištěni která odpovídá pětidenní biochemické spotřebě kyslíku (BSK5) 60 g 02/den, Zákon o vodách Jeden ekvivalentní obyvatel odpovídá produkci znečištění 60 g BSK5 za den, Produkce znečištění Splaškové odpadní vody - hodnoty specifického znečištění [g] - produkované 1 obyvatelem za 1 den LÁTKY ANORGANICKÉ ORGANICKÉ VEŠKERÉ NEROZPUŠTĚNÉ 15 40 55 -usaditelné 10 30 40 -neusaditelné 5 10 15 ROZPUŠTĚNÉ 75 50 125 CELKEM 90 180 t = 5 až 20 °C, pH = 6,8 až 7,5 Produkce znečištění Splaškové odpadní vody - hodnoty specifického znečištění [g] - produkované 1 obyvatelem za 1 den LÁTKY BSK5 CHSKCr NCelk Pcelk NEROZPUŠTĚNÉ 30 60 1 0,2 -usaditelné 20 40 1 0,2 -neusaditelné 10 20 - - ROZPUŠTĚNÉ 30 60 10 2,3 CELKEM 60 120 2,5 ČSN 75 6401, t = 5 až 20 °C, pH = 6,8 až 7,5 Produkce znečištění Znečištění na přítoku ČOV látkové zatížení = EO • denní produkce znečištění od 1 EO [kg/d] látkové zatížení = koncentrace • denní průtok odpadní vody [kg/d] koncentrace = látkové zatížení / denní průtok odpadní vody [mg/l] Produkce znečištěni Vypočítejte zatížení ČOV dusíkem a koncentraci fosforu Nkonc = 50 mg/dm3 = 0,05 kg/m3 Qobj = 60 dm3/s = 0,06 m3/s 2 = 0,06-86400 = 5184 m3 za den hmotnost N = 0,05-5184 = 259,2kgN zaden hmotnost P = 40 kg za den Pkonc=??? mg/dm3 40 a a koncentrace P =-= 0,0077 kgP/m IJgP/m IJmgP/dm 5184 Produkce znečištění Průmyslové odpadní vody - velmi specifické vody, ovlivněny druhem výroby, Při posouzení nutno zohlednit: - biologickou odbouratelnost a čistitelnost, - obsah BSK, - dostupnost nutrientů (C:N:P), - toxicitu (kovy, rozpouštědla, ...). Produkce znečištění Průmyslové odpadní vody - nutno posoudit cestu odpadní vody, průmysl 1 městská kanalizace n komunální ČOV 1 recipient i. průmysl předčištění v průmyslu městská kanalizace komunální ČOV recipient průmysl průmyslová ČOV recipient průmysl průmyslová ČOV recyklace vody Produkce znečištění Průmyslové odpadní vody BOD population BOD Specific wastewater Specific BOD equivalent concentration Type Activity Unit of production flow (mViinit) load (kg/unit) [inhaW(uniťd)] (mg/L) Food Canning (fruit/vegetables) 1 t processed 4-50 30 500 600-7.500 Pea processing 11 processed 13—IS 16-20 85^100 300-1,350 Tomato processing 1 t processed 4-8 1 4 5m \.<5 450-L6O0 Carrot processing 11 processed 11 160-390 800-L W0 Potato processing 1 t processed 7,5-16 10-25 215-545 1,300-3,300 Citrus fruit processing 1 t processed 'i 3 55 320 Chicken meat processing 1 t produced 15-60 4-30 70-1600 100-2400 Beef processing 1 t processed 10-16 1-24 20-600 200-6.000 Fish processing 1 t processed 5-35 3-55 300-2300 2,700-3,500 Sweets / candies 1 t produced 5-25 2-8 40-150 200-1.000 Sugar cane 1 t produced 0.5-10 2J 50 250-5.000 Dairy (without cheese) 1000 L milk 1-10 1 5 20-100 300-5.000 Dairy (with cheese) 1000 L milk 2-10 5-40 100-800 500-8.000 Margarine 11 produced 20 30 500 1,500 Slaughter house 1 cow / 2.5 pigs 0.5-3 0.5-5 10-100 1,000-5,000 Veast production 1 t produced 150 1100 21,000 7,500 Confined animal Pigs live t.d 0.2 2 35-100 10,000-50.000 breeding Dairy cattle (milking room) live t.d 0.02-0.08 0.05-0.10 I 2 370-2.300 Cattle live t.d 0.15 1.6 65-150 10,000-50.000 1 lorscs live t.d 0.15 4-8 65-150 20,000-50.000 Poultry- live t.d 0.38 0,9 15-20 2,000-3,000 Sugar-alcohol Alcohol distillation 1 t cane processed 60 220 4,000 3,500 Drinks Brewer; 1 m3 produced 5-20 8-20 150-350 500-4.000 Soft drinks 1 m3 produced 2-5 3-6 50-100 600-2,000 Wine 1 m3 produced 5 0.25 5 - zdroj: Metcalf&Eddy 1991 Produkce znečištění Průmyslové odpadní vody BOD population BOD Specific wastewater Specific BOD equivalent concentration Type Activity Unit of production flow (mVunit) load (kg/unit) (inhaby(unifd)] (mg/L) Textiles Cotton 1 t produced 120-750 150 2,800 200-1.500 Wool 1 t produced 500-600 300 5.600 500-600 Rayon 11 produced 25-60 30 55« 500-1,200 Nylon 11 produced 100-150 4: 800 350 Polyester 11 produced 60-130 l-<5 3.700 1,500-3,000 Wool washing 1 t produced 20-70 100-250 2,00CM.5OO 2,000-5,000 Dyeing 1 t produced 20-60 100-200 2,000-3.500 2,000-5,000 Textile bleaching 1 t produced - 16 250-350 250-300 Leather and tanneries Tanning 1 t hide processed 20-40 20-150 1,000-3.500 1,000-4,000 Shoes 1000 pairs produced 5 I f 300 3,000 Pulp and paper Pulp 1 t produced 15-200 30 600 300 Paper 1 t produced 30-270 10 100-300 Pulp and paper integrated 1 t produced 200-250 60-500 1,000-10,000 300-10,000 Chemical industry Paint 1 employee 0.110 1 20 10 Soap 1 t produced 25-200 so 1000 250-2.000 Petroleum refinery 1 ban-el (117 L) 0.2-0.4 0.05 1 120-250 PVC 11 produced 12.5 10 200 .sum Non-metallic industry Glass and by-products 1 t produced 50 - Cement (dry process) 1 t produced 5 - Steelworks Foundry 1 t pig iron produced 3-8 0.6-1.6 12-30 100-300 Lamination 1 t produced 8-50 0.4-2.7 8-50 30-200 zdroj: Metcalf&Eddy 1991 Mechanicko-biologická ČOV přítok odpadních vod 3 mechanické čištění (primární stupeň) biologické čištění (sekundární stupeň) tercialni cisteni (terciální stupeň) štěrk shrabky písek > 0,2 mm vratný kal primární kal < 0,2 mm Kalové hospodářství přebytečný kal přítok Lapák štěrku Česle, síta Lapák písku Usazovací nádrž Aktivační nádrž Dosazovací nádrž Terciální čištění odpadní vody odtok vyčištěných odpadních vod odtok vyčištěné odpadní vody