RECETOX, Masaryk University, Brno, CR
holoubek@recetox.muni.cz; http://recetox.muni.cz
Petr Šindler
C6890 Technologie a nástroje
ochrany životního prostředí
2015/2016
IV. Úprava a čistění vod
Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
Osnova
1. Přehled typů přírodního, komunálního a průmyslové
znečistění vod
2. Technologie na úpravu vody
1) pro pitné účely
2) pro technologické účely
3) pro speciální účely
3. Technologie čistění vody
1) Čistírny odpadních vod
2) Čistírny průmyslových vod
3) Malé čistírny odpadních vod
4. Kalové hospodářství, úprava a zneškodnění kalů
5. Moderní trendy ve vodním hospodářství
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
1. Přehled typů znečistění vod
Přirozené zdroje znečištění
• horninové prostředí – různorodé složení
– Fe, Mn, humínové látky, přirozená radioaktivita, radon
• rostliny a živočichové – včetně rozkladu po ukončení
životního cyklu
• přívalové deště, záplavy
• sesuvy půdy,
• geologicky aktivní lokality - vyplavování toxických látek
• sopečná činnost,
• zvyšování teploty vody v důsledku vysychání v období
snížených vodních srážek.
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
1
1. Přehled typů znečistění vod
Komunální a průmyslové zdroje znečištění
• odpadní vody
• emise do ovzduší – topení, doprava, výroba, energetika
– kyselé deště, spady
• odpady
– oficiální skládky – průsakové vody
– nelegální likvidace odpadu – úniky nebezpečných látek do horninového
prostředí
• zemědělství
– plošné znečištění – hnojiva (zdroj dusičnanů), pesticidy
– bodové - hnojníky
• havárie
– úniky chemických látek (včetně ropných) do prostředí či toku
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
2
2. Technologie na úpravu vody
Oběh vody
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
1
2. Technologie na úpravu vody
Zásoby vody na Zemi
- slaná cca 95 % všech zásob - oceány, moře, slaná jezera
- sladká pouze cca 5 % všech zásob
- ledovce 71 %
- podzemní voda 28 %
- povrchová voda 1 %
- jezera 95 %
- řeky 5 %
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
2
2. Technologie na úpravu vody
Člověk a voda
• Voda je základní složkou lidského těla. Její obsah s věkem klesá:
– 70 – 80 % u čerstvě narozených
– kolem 50 - 60 % u dospělých jedinců s normální váhou
– kolem 50 % u starších lidí
• Průměrná spotřeba vody na osobu v roce 2013 byla v Praze 111 litrů
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
3
WC 28 l
Osobní hygiena, sprchování 42 l
Praní, úklid 16 l
Příprava jídla, mytí nádobí 8 l
Mytí rukou 6 l
zalévání 5 l
pití 2 l
ostatní 4 l
2. Technologie na úpravu vody
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
4
Ukazatel 1989 2013
Počet zásobovaných obyvatel (tis.) 8 537 9 854
Podíl zásobovaných obyvatel (%) 82,4 93,8
Voda vyrobená (mil. m3 . rok-1) 1 251 600
Voda fakturovaná (mil. m3 . rok-1) 929 472
Specifické množství VV (l. os-1 . den-1) 401 156
Specifické množství VF (l. os-1 . den-1) 298 123
Specifické množství VF pro dom. (l. os-1 . den-1) 171 82
Vodné celkem (mil. Kč) 1 764 15 894
Vývoj některých ukazatelů zásobování PV
2. Technologie na úpravu vody
Zdroje vody
• sladká
• podzemní voda – vázána na horninové prostředí (to ovlivňuje i fyzikálně
chemické vlastnosti vody).
• v případě vyhovující kvality i bez úpravy, pro pitnou vodu pouze
s hygienickým zabezpečením
• s úpravou – nejčastějším případem vyšší obsah železa a/nebo manganu.
Typickým znakem zvýšeného obsahu železa a manganu ve vodě je
charakteristické okrové až černohnědé zbarvení vody a kovová chuť
• povrchová voda – veškerá tekoucí i stojatá voda
• toky, přehrady - vždy nutná úprava – nutno počítat s biologickým
oživením a s obsahem cizorodých látek
• ledovce
• krasová voda – (jeskyně) – vyšší obsah uhličitanů
• Slaná
• brakická voda – na rozhraní sladké a slané vody
• mořská voda
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
5
2. Technologie na úpravu vody
Hlavní rozdíly mezi podzemní a povrchovou vodou
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
6
Charakteristika Povrchová voda Podzemní voda
Teplota Značné kolísání Relativně stálá
Rozpuštěné látky Časté změny Konstantní, ale vyšší
Fe, Mn Většinou nejsou (jen u dna) Běžný výskyt
Agresivní CO2 Obvykle žádný Často vysoký obsah
NO3 Obsah nízký Často vyšší
KNK4,5 – přechodná tvrdost Nízké hodnoty Vysoké hodnoty
mikroznečištění Nepravidelný výskyt Většinou žádný výskyt
Živé mikroorganismy Bakterie, viry Železité bakterie
eutrofizace Často, vzrůstá s teplotou Ne
CHSK vyšší nižší
pH 6 – 8,5, výjimečně 4 6 - 7
2. Technologie na úpravu vody
Zařízení k jímání podzemní vody
• Vertikální jímací objekty
– šachtová studna – kopané, spouštěné
– trubní studna – vrtané, vpichované
• Horizontální jímací objekty
– jímací zářezy
– štoly
– galerie
• Plošné – pramenní jímky
• Kombinované jímací objekty
– Sběrná studna s horizontálními vrty
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
7
2. Technologie na úpravu vody
Volba typu jímacího objektu
• hydrogeologický průzkum
– rešerše archivních materiálů
– vyhodnocení geologických a hydrogeologických
poměrů zájmového území
• druh vodonosných vrstev
• vydatnost zdroje – na základě dlouhodobé čerpací zkoušky
• kvalita jímané vody
• riziková analýza kontaminace zdroje
• podklady pro stanovení pásem ochrany vodního zdroje
• návrh monitoringu kvality a hladin
• projekční kancelář
– návrh technického řešení
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
8
2. Technologie na úpravu vody
Zařízení k jímání povrchové vody
• Nádrže - objekty
– věžové
– břehové
– plovoucí
– sdružené
• Vodní toky - objekty
– jezové
– břehové
– dnové
• Volba typu objektu
– návrh technického řešení dle místních podmínek
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
9
2. Technologie na úpravu vody
Zdroje vody – podmínky využívání
• Zařízení k jímání vody je vodním dílem (zákon 254/2001 Sb., o vodách) –
tedy nutné povolení vodoprávního úřadu
– pro jeho stavbu
– k nakládání s vodami – k jejich odběru
• Zpoplatnění odběrů vody v ČR
– podzemní voda – platba státu 3,- Kč / m3.
– povrchová vody – platba podnikům Povodí 7,35 Kč vč. DPH / m3 dle platné
smlouvy
• Evidence odběrů
– vykazování odebraného množství
– poplatkové hlášení ČIŽP - pro podzemní vody
– ohlašování údajů pro vodní bilance správci povodí
– kontrola dodržování podmínek odběru - ČIŽP
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
10
2.1. Úprava vody pro pitné účely
Ochranná pásma vodních zdrojů
• Stanovují se k ochraně vydatnosti, jakosti a zdravotní nezávadnosti zdrojů
– podzemních nebo povrchových vod pro zásobování pitnou vodou s průměrným odběrem
více než 10 000 m3 za rok
– podzemní vody pro výrobu balené kojenecké vody nebo pramenité vody
• Stanovení ochranných pásem je vždy veřejným zájmem
• Dělení pásem
– ochranná pásma I. stupně - slouží k ochraně vodního zdroje v bezprostředním okolí
jímacího nebo odběrného zařízení. Je zakázán vstup a vjezd s výjimkou osob, které mají
právo vodu z vodního zdroje odebírat, a u vodárenských nádrží osob, které tato vodní díla
vlastní.
– ochranná pásma II. stupně, která slouží k ochraně vodního zdroje v územích stanovených
vodoprávním úřadem tak, aby nedocházelo k ohrožení jeho vydatnosti, jakosti nebo
zdravotní nezávadnosti. Je zakázáno provádět činnosti poškozující nebo ohrožující
vydatnost, jakost nebo zdravotní nezávadnost vodního zdroje, jejichž rozsah je vymezen v
opatření obecné povahy o stanovení nebo změně ochranného pásma.
• Za prokázané omezení užívání pozemků a staveb v ochranných pásmech
vodních zdrojů náleží vlastníkům těchto pozemků a staveb náhrada
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
1
2.1. Úprava vody pro pitné účely
Kvalita vody odebrané z vodních zdrojů (surová voda)
• Každá surová voda je svým způsobem jedinečná a vyžaduje při úpravě
individuální přístup
• Surová voda musí splňovat v místě odběru před její vlastní úpravou
požadavky na její jakost ve vazbě na použité standardní metody úpravy
surové vody na vodu pitnou (274/2001 a 428/2001 Sb.) – úplný rozbor
surové vody obsahuje cca 50 analýz, úplný rozbor vyrobené vody cca 60
analýz, monitorovací rozbor cca 34 analýz
• Četnost analýz stanovena ve vazbě na množství vyrobené vody a / nebo
počet zásobovaných obyvatel
• Analýzy mezi jednotlivými technologickými stupni úpravy vody jsou na
uvážení provozovatele
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
2
2.1. Úprava vody pro pitné účely
Typy úprav pitné vody dle 428/2001 Sb.
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
3
Kat. Typy úprav
A1 Úprava surové vody s koncovou dezinfekcí pro odstranění sloučenin a prvků, které
mohou mít vliv na její další použití a to zvláště snížení agresivity vůči materiálům
rozvodného systému včetně domovních instalací (chemické nebo mechanické
odkyselení), dále odstranění pachu a plynných složek provzdušňováním. Prostá filtrace
pro odstranění nerozpuštěných látek a zvýšení jakosti
A2 Surová voda vyžaduje jednodušší úpravu, např. koagulační filtraci, jednostupňové
odželezňování, odmanganování nebo infiltraci, pomalou biologickou filtraci, úpravu v
horninovém prostředí a to vše s koncovou dezinfekcí. Pro zlepšení vlastností je vhodná
stabilizace vody
A3 Úprava surové vody vyžaduje dvou či vícestupňovou úpravu čiřením, oxidací,
odželezňováním a odmanganováním s koncovou desinfekcí, popř. jejich kombinaci.
Mezi další vhodné procesy se řadí např. využívání ozónu, aktivního uhlí, pomocných
flokulantů, flotace. Ekonomicky náročnější postupy technicky zdůvodněné (např.
sorpce na speciálních materiálech, iontová výměna, membránové postupy) se použijí
mimořádně
2.1. Úprava vody pro pitné účely
Kvalitativní požadavky na pitnou vodu
• směrnice rady Evropy 98/83/ES o jakosti vody určené k lidské spotřebě
• zákon 258/2000 Sb., o ochraně veřejného zdraví + vyhláška 252/2004 Sb.,
kterou se stanoví hygienické požadavky na pitnou a teplou vodu a četnost
a rozsah kontroly pitné vody
• vyhláška 409/2005 Sb., o hygienických požadavcích na výrobky
přicházející do přímého styku s vodou a na úpravu vody
• zákon 18/1997 Sb., o mírovém využívání jaderné energie a ionizujícího
záření + vyhláška 307/2002 Sb., o radiační ochraně
Způsob využití pitné vody
• zásobování obyvatelstva, občanské vybavenosti
• zásobování zemědělství, průmyslu a služeb
• užití při výrobě potravin a nápojů
• technologická – např. napouštění kotlů
• provozní – úklid, myčky apod.
• pro požární účely
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
4
2.1. Úprava vody pro pitné účely
Kontrola kvality pitné vody
• podle zákona 258/2000 Sb. - provozovatel je povinen zajistit jakost
pitné vody. To platí i pro náhradní zásobování pitnou vodou
• podle zákona 18/1997 Sb. - provozovatel je povinen zajistit
systematické měření a hodnocení obsahu přírodních radionuklidů
To znamená
• zajistit odběr vzorků pitné vody a jejich laboratorní kontrolu
• zajistit pořízení protokolu o této kontrole v elektronické podobě a
jeho neprodleně předání příslušnému orgánu ochrany veřejného
zdraví.
• vypracovat provozní řád a předložit jej ke schválení příslušnému
orgánu ochrany veřejného zdraví.
• neprodleně prošetřit nedodržení nejvyšší mezní hodnoty nebo mezní
hodnoty jakéhokoli ukazatele, zjistit jeho příčinu a přijmout účinná
nápravná opatření. O těchto skutečnostech neprodleně informovat
orgán ochrany veřejného zdraví.
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
5
2.1. Úprava vody pro pitné účely
Způsoby úpravy vody
Podzemní voda
• Základní
• Odkyselování
• Odželezování
• Odmanganování
• Filtrace
• Desinfekce
• Další možnosti
• Čiření
• Iontová výměna
• Membránové procesy
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
6
Povrchová voda
• Základní
• Mechanické předčištění
• Preoxidace
• Čiření
• Filtrace
• Adsorpce
• Desinfekce
• Stabilizace
• Další možnosti
• Membránové procesy
• Flotace
2.1. Úprava vody pro pitné účely
Mechanické předčištění surové vody
Pro zachycení hrubších nečistot
• Česle – součást odběrného objektu nebo ÚV
• hrubé
• střední
• jemné
• Rotační síta
• Lapáky písku
• Usazovací nádrže
Použití
- u povrchových vod s odběrem přímo z vodního toku
- u povrchových vod s odběrem z nádrží – jen rotační síta
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
7
2.1. Úprava vody pro pitné účely
Preoxidace
k oxidaci anorganických a organických látek
• Fyzikálně-chemická – vzdušným kyslíkem objektu nebo ÚV. Při
• nízkém obsahu kyslíku
• přebytku plynů – H2S, O2, CO2, radon
• Chemická
• Ozon – rozklad huminových látek, barviv a fenolů, likvidace virů
• Manganistan draselný – v případě obsahu Mn
• Peroxid vodíku – možno i v kombinaci s ozonem – lepší eliminace
chlorofylu
• Chlor – odstranění amoniaku, dusitanů. Může vést ke vzniku
chlororganických sloučenin a haloformů
• Oxid chloričitý – nedochází k tvorbě haloformů, oxidace rychlejší
než u Cl
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
8
2.1. Úprava vody pro pitné účely
Čiření (1)
k odstranění suspenzí a koloidních částic. Podstatou čiření je koagulace –
shlukování koloidních částic do větších agregátů
Koloidní disperse – velikost částic 5 – 500 nm, náboj 50 – 100 mV
- hydrofobní – tvořeny látkami anorganického původu
- hydrofilní – rozpuštěné organické látky (bílkoviny, škrob,
polysacharidy, želatina)
Koagulaci lze vyvolat
- přídavkem sloučenin zvaných
flokulanty
- úpravou pH
- podstatným zvýšením teploty
- UV nebo gama zářením
- ultrazvukem
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
9
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
při 1 m výšky vody
2.1. Úprava vody pro pitné účely
Čiření (2)
Ke koagulaci dojde, klesne-li náboj částic pod 30 mV
Průběh koagulace
- perikinetická fáze
- agregace koloidních částic – 2 až 3 minuty od promíchání s koagulantem
- probíhá ve směšovacích nádržích
- ortokinetická fáze
- tvorba větších částic – 20 až 30 minut
- probíhá ve vločkovací nádrži při vhodné intenzitě míchání
Koagulanty
- soli hliníku a železa – sírany železitý a hlinitý, chloridy železitý a hlinitý
- předpolymerizovaný hlinitý koagulant – hlinitan sodný
- hlinité polymery – polyaluminiumchlorid
Provozní dávku koagulantu nelze přesně spočítat, nutné empiricky ověřit
koagulačním pokusem
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
10
2.1. Úprava vody pro pitné účely
Čiření (3)
Intenzifikace procesu čiření
- účinnější základní flokulanty
- směsné flokulanty
- koagulanty na bázi manganu
- kombinace koagulantu s kyselinami nebo alkalizačními prostředky
- pomocné koagulační prostředky
- zatěžkávadla – zlepšení sedimentačních vlastností – jíly (bentonit),
práškové aktivní uhlí, jemný křemičitý písek, jemný mletý vápenec apod.
- polymerní flokulanty
- anorganické – aktivní kyselina křemičitá
- přírodní vysokomolekulární látky – škrob, dextrin, alginát sodný, deriváty
celulózy, ligninsulfonové kyseliny a jejich soli
- syntetické vysokomolekulární látky – neiontové, aniontové, kationtové
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
11
2.1. Úprava vody pro pitné účely
Čiření (4)
Způsoby úpravy
- jednostupňová úprava
- pro čistější vody, nižší dávka koagulantu
- voda s koagulantem přímo na filtr
- dvoustupňová úprava
- pro povrchové vody s vyšším zákalem nebo pro podzemní vody s obsahem
železa nad 4 mg/l
- 1. stupeň – čiřič
- 2. stupeň - rychlofiltr
Perikinetická fáze - rychlomísiče
- mechanické – lopatky, vrtule
- mechanicko – pneumatické – princip mamutky
- hydraulické – clony, dýzy
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
12
2.1. Úprava vody pro pitné účely
Čiření (5)
Ortokinetická fáze
- vločkovací nádrže + usazovací nádrž
- čiřiče – využívá se efekt vločkového mraku (vznášená vrstva
vločkovitých částic)
- úspornější na plochu i prostor
- citlivější na kolísání průtoku
- existuje velké množství konstrukčních uspořádání a typů
Základní konstrukční prostory čiřičů
- flokulační prostor
- prostor vločkového mraku
- prostor vyčiřené vody
- zahušťovací prostor
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
13
2.1. Úprava vody pro pitné účely
Čiření (6)
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), oxidy železa nebo hliníku především
pro pitnou vodu
- alkalické – pracuje v oblasti pH 9,6 – 10,5, soli Fe3+ nebo Al3+ výstupem
je nízká korozivita vody
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
14
2.1. Úprava vody pro pitné účely
Čiření (7)
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
15
2.1. Úprava vody pro pitné účely
Filtrace (1)
Objemová filtrace (1)
- Pomalá
- Rychlá
- Přímá – bez přídavku reakčních činidel
- Koagulační – koagulant před filtrem
- In line filtrace – kationické polymery na
povrch filtru, chemická reakce na
povrchu zrn (až 80% využití výšky
filtračního lože)
Materiály
- Křemičitý písek
- Antracit
- Aktivní uhlí
- Preparované písky
- Filtralite – spékáním jílu při 1.200 ºC
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
16
Požadavky na filtrační náplň
- Mechanická stálost a pevnost
- Chemická odolnost
- Stejnozrnnost
- Tvar zrn (optimum kulovitý)
- Mezerovitost
- Měrná hmotnost zrn
2.1. Úprava vody pro pitné účely
Filtrace (2)
Objemová filtrace (2)
Pomalá filtrace
- není předřazována koagulace a sedimentace
- rychlost filtrace cca 0,1 m/h
- celková výška filtrační náplně 150 – 200 cm
- v pískové filtrační vrstvě (až do cca 40 cm) probíhají biologické procesy
- nejúčinnější horní vrstva – intenzivní oživení
- výška vody nad filtrem 120 - 150 cm
- vyžadují velkou plochy, v zimě nezbytná temperace - vhodná pro malé
výkony
- při snížení účinnosti seříznutí horní vrstvy
- po úpravě pouze hygienické zabezpečení
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
17
2.1. Úprava vody pro pitné účely
Filtrace (3)
Objemová filtrace (3)
Rychlá filtrace
dle režimu proudění
- otevřené
- tlakové
dle konstrukce
- evropské
- americké
dle počtu vrstev
- jednovrstvé
- vícevrstvé
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
18
dle směru proudění
- shora dolů
- zdola nahoru
- obousměrné
dle způsobu provozu
- cyklické praní
- kontinuální praní
2.1. Úprava vody pro pitné účely
Filtrace (4)
Objemová filtrace (4)
klasický Evropský filtr
- filtrační náplň – 1,0 – 5,0 mm
- praní vodou a vzduchem
- přítok vody žlabem nad hladinou rychlost
vody do 0,6 m/s – netříštění
vloček
- mezidno, pod ním rozvody prací
vody a vzduchu
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
19
Americký filtr
- nemá mezidno, drenážní systém
- praní pouze vodou
- shora
- současně shora i zdola
- zdola
- jemnější filtrační náplň – 0,6 – 1,0 mm
2.1. Úprava vody pro pitné účely
Filtrace (5)
Náplavná filtrace
Částice se zachytávají na tenké vrstvě materiálu, naplaveného např. na
tkanině ze syntetických vláken. Materiál – rozsivková zemina, perlit apod.
Membránová filtrace
- Mikrofiltrace pro částice 0,1 – 10 mikrometrů
- Ultrafiltrace pro částice 0,005 - 0,1 mikrometrů (organické látky s
molekulovou hmotností 103 - 106, bakterie a viry), tlak 0,1 – 0,6 MPa
- Nanofiltrace organické látky s molekulovou hmotností 500 – 1000 (Na+ a K+ -
40 – 70 %, Ca2+ a Mg2+ - 85 – 95 %), tlak 0,5 – 0,7 MPa
- Reversní osmóza veškeré rozpuštěné soli a organické látky s částicemi
menšími než 0,001 mikrometrů, tlak více než 5 MPa
Využívá se membrána jako selektivní bariéra mezi vodou a odstraňovanými
látkami.
Membrány – symetrické , asymetrické (2 vrstvy), kompozitní (několik vrstev)
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
20
2.1. Úprava vody pro pitné účely
Adsorpce
Zachycování plynů, par a rozpuštěných látek na povrchu pevných látek.
Používá se k pro zlepšování organoleptických vlastností, odstraňování
pesticidů, humínových látek, uhlovodíků a pro dechloraci
Materiály
- zrněné aktivní uhlí
- při trvale zhoršené kvalitě vody jako náplň filtru
- předřazena oxidace nejčastěji ozonizací
- zrna 1,5 – 3 mm, objemová hmotnost 300 – 500 g / l
- práškové aktivní uhlí
- při sezónně zhoršení kvalitě vody
- dávkování do vody
- zařazeno před filtraci
- Sorpční hmoty – na bázi měničů iontů, křemičitanů nebo hlinitokřemičitanů
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
21
2.1. Úprava vody pro pitné účely
Dezinfekce (1)
Zneškodnění choroboplodných zárodků (bakterie a viry)
Druhy dezinfekce
Primární - součást vlastního procesu úpravy vody, odstranění patogenních
zárodků z upravované vody
Sekundární – hygienické zabezpečení upravené vody.
- dostatečná zbytková koncentrace k zajištění mikrobiologické kvality v
celém systému.
- minimalizace tvorby vedlejších produktů
Způsoby
- chemické – působení silných oxidačních látek na patogenní zárodky
(chlor, chlornan sodný, oxid chloričitý, ozon, manganistan draselný)
- fyzikální – ÚV záření, anodická oxidace, ionizující záření
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
22
2.1. Úprava vody pro pitné účely
Dezinfekce (2)
Ozon
- pro primární dezinfekci, preoxidaci surové vody, oxidaci za prvním
separačním stupněm, před filtry se zrněným aktivním uhlím
- nejsilnější oxidační činidlo, je značně nestálý
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
23
- nedá se stlačit a skladovat, vyrábí se
na místě úpravy
- vysoce toxický a korozivní – nutné
dokonalé odvětrání z prostoru
úpravny
- ne pro hygienické zabezpečení
2.1. Úprava vody pro pitné účely
Dezinfekce (3)
Chlor
- žlutozelený dusivý plyn, pro hygienické zabezpečení v případě, že
nevzniká větší množství vedlejších produktů
- dodává se kapalný (láhve, sudy) nebo plynný (láhve)
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
24
- dávkování chlorátory jako
- plyn
- vodný roztok
- výhodou nízká cena, jednoduché
dávkování
- tvorba chlorderivátů – karcinogenní
- tvorba chlorfenoly – silný zápach
- účinnost klesá od hodnoty pH 6
2.1. Úprava vody pro pitné účely
Dezinfekce (4)
Oxid chloričitý
- oranžový nestabilní plyn, pro preoxidaci i hygienické zabezpečení
- při tlaku 0,1 Mpa a teplotě 11ºC kondenzuje jako explozivní kapalina
- vyrábí se z kyseliny chlorovodíkové a chloritanu sodného jako
koncentrovaný roztok, který se dávkuje
- vyšší provozní náklady
- vznik chloritanů, chlorečnanů a dalších organických látek s
mutagenními vlastnostmi
- vyšší stabilita
- netvoří haloformy, páchnoucí chlorderiváty, efektivní v širším rozsahu
pH
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
25
2.1. Úprava vody pro pitné účely
Dezinfekce (5)
UV záření
- nejúčinnější při vlnové délce 254 nm
- rozhodujícím předpokladem je absorpce záření nukleovými kyselinami
DNA a RNA – zamezuje se množení mikroorganismů
- zdroje UV záření – rtuťové výbojky
- vysokotlaké
- nízkotlaké
- nevzniká indukované znečištění
- účinek dezinfekce není trvalý
- balené vody
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
26
2.1. Úprava vody pro pitné účely
Stabilizace
- pro velmi měkké povrchové vody – docílení vápenato-uhličitanové
rovnováhy a odstranění korosivních vlastností
Přímé - smíchání vápenné vody
- s vodou přímo obohacenou CO2
- se sodovou vodou
Nepřímé – reakce uhličitanu vápenatého s kyselinou sírovou, následné
odkyselení CO2 hydrátem vápenatým
- rychlé smísení jemně mletého vápence x kyseliny sírové,
vyvločkování, před přítokem na filtr vápenná voda
- při ztvrzování místo vápna i filtrace (mramor, polovypálený dolomit)
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
27
2.1. Úprava vody pro pitné účely
Flotace
- flotace rozpuštěným vzduchem – pro první separační stupeň
suspendované látky jsou mikrobublinkami vynášeny k hladině, kde jsou
jako pěna odstraňovány
- používaná převážně v úpravě průmyslových vod
- energeticky náročnější proces, potřebuje však méně prostoru než
sedimentace
Odkyselování
- odstranění agresivního oxidu uhličitého (koroze betonových a kovových
konstrukcí)
- mechanické – odvětrání části CO2 a obohacování vzdušným kyslíkem
- rozstřikování
- intenzivní aerace
- skrápění
- chemické – reakce CO2 se zásaditými hmotami
- alkalizační prostředky – dávkování vápenného mléka
- odkyselovací hmoty – mramor, polovypálený dolomit
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
28
2.1. Úprava vody pro pitné účely
Odželezování, odmanganování
Zvýšený obsah Fe a Mn
- zhoršuje organoleptické vlastnosti vody
- způsobuje zanášení potrubí
Způsoby odstraňování
- oxidace vzdušným kyslíkem (dtto mechanické odkyselování), ozonem,
chlorem, někdy alkalizace (hydroxidy sodný a vápenatý, uhličitan
sodný) - oxidace při nižším pH nízká
- filtrace
- mangan – filtry preparované manganistanem draselným
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
29
2.2. Úprava vody pro technologické účely
Změkčování
Odstraňování vápníku a hořčíku, které jsou příčinou nadměrných inkrustací nebo
jsou nevhodné v technologických vodách (např. textilní, koželužský a
potravinářský průmysl)
Částečné změkčení (odstraňování hydrogenuhličitanů) - dekarbonizace
- termická – zahřátí vody k bodu varu
- kyselinou (chlorovodíková, sírová) – vyšší provozní náklady, složitější obsluha
- srážením vápnem – současné odstranění CO2 (sytič, reaktor, filtr)
- výměnou iontů
Úplné změkčení
- srážení – NaOH, Ca(OH)2, Na2CO3, fosforečnany
- iontová výměna
- membránové procesy
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
1
2.2. Úprava vody pro technologické účely
Iontová výměna (1)
- průtok vody kolonou s náplní ionexu, důležitá pravidelná regenerace
ionexu. Ionty jsou zachycovány a nahrazovány stejně nabitými ionty z
ionexu.
- limitujícím faktorem likvidace regeneračních roztoků s vysokým
obsahem solí
- některé nejznámější aplikace
- změkčení úplné, částečné (dekarbonizace)
- deionizace, demineralizace
- odstraňování amonných iontů
- odstraňování dusičnanů a dusitanů
Podle náboje disociované funkční skupiny
- katexy – vyměňují kationty (např. K+), jejich funkční skupiny mají
záporný náboj
- anexy - vyměňují anionty (např. CO3
-), jejich funkční skupiny mají
kladný náboj C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
2
2.2. Úprava vody pro technologické účely
Iontová výměna (2)
- Katexy
- silně kyselé – skupiny - SO3 - odstraňují vápník a hořčík
- slabě kyselé – skupiny – COO
- Anexy
- silně zásadité – kvarterní amoniové skupiny – výměna
aniontů silných i slabých kyselin za OH-
slabě zásadité – primární, sekundární a terciální amoniové
skupiny – výměna pouze ionty silných kyselin (SO4
2-, Cl-, NO3
-)
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
3
- Kombinací silně kyselých katexů a slabých zásaditých anexů lze z vody
odstranit všechny ionty – deionizace vody
- Kombinací silně kyselých katexů a silně zásaditých anexů lze z vody
odstranit prakticky všechny rozpuštěné anorganické látky včetně
neelektrolytů – demineralizace vody
2.2. Úprava vody pro technologické účely
Reversní osmóza (1)
- Osmóza – proudění rozpouštědla přes membránu do roztoku do
dosažení osmotické rovnováhy
- Osmotický tlak – rozdíl koncentrací kapalin
- Reverzní osmóza – působením vyššího tlaku na roztok přechází
molekuly rozpouštědla membránou v opačném směru než při osmóze
- mořská voda 5 -7 MPa
- brakická voda 1,5 -2 MPa
- Membrána – polopropustná kompozitní vrstva (polyamid, polysulfen,
zpevňující vrstva…)
- Koncentrát – zahuštěná vstupní kapalina v závislosti na použitém tlaku
- Permeát – výstupní kapalina zbavená prakticky všech úplně
rozpuštěných solí a organických látek
- Vodu lze zbavit všech rozpuštěných solí a organických látek menších
než 0,001 mikrometrů i jednomocných iontů
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
4
2.2. Úprava vody pro technologické účely
Reversní osmóza (2)
Princip reversní osmózy
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
5
2.2. Úprava vody pro technologické účely
Reversní osmóza (3)
Princip spirálně vinutého modulu – dvě plošné membrány oddělené pórézní
vložkou, spirálovitě stočené kolem centrálního děrovaného potrubí
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
6
2.2. Úprava vody pro technologické účely
Napájecí vody parních a horkovodních kotlů
- ohřevem vody dochází k vypadávání solí a plynných složek z vody, což
způsobuje zahušťování nečistot a nežádoucí úsady na površích.
- příslušné normy uvádějí požadavky na složení kotelní a napájecí vody
- nesmí docházet ke korozi
- nesmí docházet k úsadám
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 kotlích
Kontrola solnosti napájecí vody (vodivost)
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
7
2.2. Úprava vody pro technologické účely
Vody pro chladicí okruhy (1)
- Chladící okruh průtočný – filtrace před vstupem do chladícího systému
(zárodky vyšších živočichů)
- Chladící okruh s významnou obměnou chladiva – část vody se
nahrazuje, filtrace výjimečně
- Chladící okruh uzavřený – oběhovou vodu alkalizovat, přídavnou vodu
změkčovat
- Otevřené chladící okruhy s odparem (velké elektrárenské a
chladírenské provozy) – velmi pečlivě nastavit úpravu s ohledem na
kvalitu surové vody a potřebu provozů (filtrace, alkalické nebo kyselé
čiření, nárazová desinfekce)
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
8
2.2. Úprava vody pro technologické účely
Vody pro chladicí okruhy (2)
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 – látky zvyšují odolnost daného materiálu proti
korozi - sloučeniny chloru a zinku, organické inhibitory
- Biocidy - látky k hubení, tlumení nebo omezování růstu škodlivých
organismů - směs chlornanu s bromidy
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
9
2.2. Úprava vody pro speciální účely
Ultračistá voda (1)
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 a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
1
2.2. Úprava vody pro speciální účely
Ultračistá voda (2)
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
2
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
Ultrafiltrace
Odstranění O2
2.2. Úprava vody pro speciální účely
Ultračistá voda (3)
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
3
Stupeň úpravy vody Technologie
Dočistění
Recirkulace
Ochrana N2
UV oxidace
Mixbed
UV desinfekce
Ultrafiltrace
Distribuční smyčka z PVDF
2.2. Úprava vody pro speciální účely
Membránové procesy
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 a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
4
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
2.2. Úprava vody pro speciální účely
Průsakové vody ze skládek
Značná kvalitativní a kvantitativní rozmanitost v návaznosti na
- sládkovaný odpad
- stáří skládky (kyselinotvorná nebo methanogenní fáze)
- množství dešťových srážek
- provozní parametry (hutnění, odvod bioplynu, systém ukládání
odpadů)
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
5
2.2. Úprava vody pro speciální účely
Příklad vybraných parametrů sledovaných u průsakových vod ze skládky
odpadů a rozsah obvyklých hodnot
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
6
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod