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) Technologie na úpravu vody pro pitné účely
2) Technologie na úpravu vody pro technologické účely
3) Technologie na úpravu vody 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
5 Moderní trendy ve vodním hospodářství
Omezování dostupnosti vodních zdrojů (1)
Trend důsledkem
• změn klimatu
• růstu počtu obyvatel
• demografických změn
Možná opatření ke zmenšení hrozby
• udržení vody v krajině - hospodaření s dešťovými vodami
• spotřebitelé - snižování spotřeby vody
• spotřebitelská kázeň, modernější spotřebiče
• modernější výrobní technologie, recyklace
• provozovatelé
• systém hospodaření s vodou – omezení ztrát vody
• alternativní zdroje
• využití dešťových vod
• recyklace "šedých" vod (vody ze sprch a koupelen), obsahující malé znečištění
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
1
5 Moderní trendy ve vodním hospodářství
Omezování dostupnosti vodních zdrojů (2)
Hospodaření s dešťovými vodami
• odvodňování urbanizovaných území ovlivňováno velkým nárůstem
zpevněných ploch nově zastavěných území
• nakládání s dešťovou vodou je řešeno na pozemku, kde vzniká
• v území stanoven specifický odtok (q) z nemovitosti, v Brně q = 10 l/s/ha
• retenční objem dimenzován na 5-letý déšť
• způsoby řešení
– zasakování – plošné, studny – ovlivněno propustností podloží
– zpomalení odtoku – retenční nádrž a řízení odtoku škrcením
• retenční objem dimenzován na 5-letý déšť
• provoz decentralizovaných systémů odvodnění
– nutnost údržby travních porostů
– v případě kolmatace prostředí obnova vrstev
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
2
5 Moderní trendy ve vodním hospodářství
Omezování dostupnosti vodních zdrojů (3)
Systém hospodaření s pitnou vodou
• přenos provozních veličin do centrálních dispečinků z objektů (vodojemy,
čerpací stanice, významné uzly vodovodní sítě) a jejich vyhodnocování
– trendy provozních údajů (výšky hladin, průtoky, tlaky) – rozdílnost v čase
– noční průtoky
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
3
• preventivní monitoring prostřednictvím mobilních
zařízení k odhalení skrytých úniků
– automatické systémy sběru šumů – osazení, sběr dat,
vyjmutí a vyhodnocení dat
– operativní vyhledávání korelační technikou
– plyn H2
• preventivní monitoring spotřeby velkých
odběratelů
5 Moderní trendy ve vodním hospodářství
Omezování dostupnosti vodních zdrojů (4)
Využití dešťových vod
• zachycení a akumulace části dešťových vod při vydatných srážkách =
ochrana povodí před záplavami
• dešťová voda - zdroj měkké vody, výhodná:
– pro praní = úspora pracích prášků,
– pro zálivku = zahrada, pokojové rostliny,
– pro WC a instalace = konec usazování vodního kamene
• Technologie
– přívod dešťových vod a jejich filtrace.
– zásobník dešťové vody s bezpečnostním přepadem
– odběrné zařízení a zásobení spotřebičů vodou - domácí vodárna s
automatickým tlakovým spínačem
– systém pro doplňování vodou v období nedostatku dešťové vody
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
4
5 Moderní trendy ve vodním hospodářství
Omezování dostupnosti vodních zdrojů (5)
Recyklace šedých vod (1)
• šedé vody - splaškové odpadní vody neobsahující fekálie a moč (umyvadla, pračky,
vany, sprchy, dřezy
• poměr mezi CHSK a BSK5 zpravidla 4 : 1 - vyšší podíl obtížněji rozložitelných
organických látek (u splašků obvykle okolo 2 : 1)
• pH šedých vod
– praní -zásadité (pH = 9–10)
– kuchyně, myčky – kyselejší (pH = 5–7)
• teplota mezi 18 a 38 °C - používání TUV
• použití - pro splachování toalet, zalévání zahrady - mnohdy v kombinaci s dešťovou
vodou
• u pasivních domů využití tepla šedých vod
Způsoby úpravy
• usazování a filtrace na půdním filtru – menší objekty (chaty apod.)
• pro větší objekty standardem biologické čištění, separace nerozpuštěných látek a
jejich hygienické zabezpečení – dnes biologický reaktor s membránovou separací
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
5
5 Moderní trendy ve vodním hospodářství
Omezování dostupnosti vodních zdrojů (6)
Recyklace šedých vod (2)
Schéma technologie
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
6
5 Moderní trendy ve vodním hospodářství
Zátěže tzv. prioritními organickými látkami (1)
Mikropolutanty
• plošné zdroje - pesticidy (zemědělství, obyvatelstvo)
– zátěž pro podzemní vody i povrchové vody
• bodové zdroje - odpadní voda
– farmaka
– parfémy
– halucinogeny a jejich deriváty
Způsoby řešení
• pesticidy (zemědělství, obyvatelstvo) – monitoring a doplnění technologie
úpravy vody
• ostatní mikropolutanty – dočišťování odpadních vod
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
7
5 Moderní trendy ve vodním hospodářství
Zátěže tzv. prioritními organickými látkami (2)
Doplnění technologie úpravy vody
• snížení aplikačních dávek – je v podmínkách české zemědělské praxe možné?
• odstranění pesticidů z vody pomocí technologických opatření na ÚV
– filtrace na GAU (granulované aktivním uhlí) – účinnost vyšší jak 60 %
– ozonizace – látky pouze rozkládá
– ultrafiltrace – odstraňování částic velikosti 0,005 - 0,1 mikrometrů. Ve
vodě zůstávají vápník, hořčík, sodík a další prvky nezbytné pro lidský
organismus
příkladem v ČR aplikace na ÚV Březová (Vodakva Karlovy Vary)
• variantní studie doplnění technologie na pískovou filtrací
• pilotní ultrafiltrační jednotka s výkonem 1 l/s
• návštěva obdobných zařízení v Německu, Lucembursku a Francii – SUEZ
Environnement
• projednání záměru a postupu s vodoprávním orgánem
• realizační projekt pro plnou kapacitu úpravny – 320 l/s
• domácí filtry naplněné „aktivním uhlím“ – pouze doplňkové nesystémové
opatření
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
8
5 Moderní trendy ve vodním hospodářství
Zátěže tzv. prioritními organickými látkami (3)
Dočišťování odpadních vod (1)
• Pilotní projekt pro odstranění vybraného znečištění
– průmyslovými látkami (bisfenol A, nonylfenol a oktylfenol a jejich metabolity) –
minimální míra odstranění 99 %
– pesticidy (atrazin a jeho metabolity a další) – minimální míra odstranění 99 %
– léčivy (17α-ethinylestradiol, 17β-estradiol a jejich metabolity, diclofenac,
karbamazepin a naproxen) minimální míra odstranění 99 %
– mikrobiální znečištění (fekální koliformní bakterie, enterokoky a Escherichia coli) na
200 KTJ/100 ml.
• Testované techlogie
– Mikrosíta a UV záření
– Ultrafiltrace
– Sonolýza ozonu - kombinace akustické kavitace (ultrazvuk) s ozonizací
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
9
5 Moderní trendy ve vodním hospodářství
Zátěže tzv. prioritními organickými látkami (4)
Dočišťování odpadních vod (2)
• Cíle Pilotního projektu
– porovnat ekonomická, environmentální a provozní hlediska - důraz na
snížení provozních nákladů
– vytvoření souboru postupů a provozních zkušeností využitelných při
rozhodování o volbě technologie
– zapojení odborné veřejnosti z oblasti vodního hospodářství, analytické
a environmentální chemie - šíření výsledků projektu, sdílení a výměna
zkušeností a příkladů nejlepší praxe
– zapojení laické veřejnosti - zvýšení povědomí nezbytnosti ochrany
prostředí před negativními vlivy vnosu zbytkového znečištění do
vodních toků a o možnostech eliminace tohoto znečištění
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
10
5 Moderní trendy ve vodním hospodářství
Zátěže tzv. prioritními organickými látkami (5)
Dočišťování odpadních vod (3)
• postup realizace Pilotního projektu
– metodika odběru vzorků odpadních vod a metodika stanovení
koncentrací u vybraných prioritních látek
– návrh a konstrukce pilotních jednotek
– umístění pilotních jednotek na čistírně odpadních vod Brno – Modřice
– sledování a měření spotřeby elektrické energie a dalších nezbytných
vstupů (např. spotřeba kyslíku a chemikálií)
– odebírání a analýza vzorků odpadních vod
– vyhodnocení a porovnání z ekonomického, environmentálního a
provozního hlediska
– vytvoření souboru postupů k výběru vhodných technologií
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
11
5 Moderní trendy ve vodním hospodářství
Technologické trendy (1)
Dezinfekce pitné vody - elektrolýza in-line
• výroba dezinfekčního prostředku přímo v upravované vodě podle potřeby z
přirozeně rozpuštěných chloridových iontů
Výsledky systematického výzkumu
• elektrolyzéry s elektrodami ze směsných oxidů produkují čistý chlor
• tvorba vedlejších produktů dezinfekce (THM)se neliší od dezinfekce
prostředky na bázi chloru
• nevyskytují se chloritany a chloristany
• desinfekční účinnost téměř identická s čistým chlornanem
• nebyly zjištěny žádné toxikologické efekty
• problémy s tvorbou účinné látky při regeneraci elektrod
Pro zavedení do praxe - nutné testovat ve zkušebním provozu 1 – 3 roky (D)
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
12
5 Moderní trendy ve vodním hospodářství
Technologické trendy (2)
Distribuce PV bez chemické dezinfekce
Důvody pro zavedení
• vedlejší produkty hygienického zabezpečení
• stížnosti obyvatel na obsah chloru v dodávané PV
Postup zavedení
• riziková analýza – identifikace míst možné kontaminace na základě prohlídky
objektů a výsledků laboratorních rozborů
• návrh technických opatření na jednotlivých částech vodovodního systému –
zdroje, vodojemy, čerpací stanice, vodovodní síť
• realizace technických opatření
– opravy izolací akumulačních prostor – (hydroizolace, tepelné izolace)
– opravy vzduchových filtrů na odvětrání objektů
– pravidelný úklid vnitřních prostor
– úpravy pracovních postupů – poruchy na sítí, čištění VDJ, výměny čerpadel
– školení vlastních zaměstnanců i dodavatelských firem
• pravidelné rozbory dodávané PV ve vybraných místech
• reference – SV Mladá Boleslav (cca 60 tis. zásobovaných obyvatel)
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
13
5 Moderní trendy ve vodním hospodářství
Technologické trendy (3)
Bezpečnost distribučních systémů
• možnost napadení systémů zásobování vodou
– teroristické organizace
– duševně narušený jedinec
• dnes běžné systémy zabezpečení objektů se signalizací neoprávněného
vstupu
• rozvoj systémů monitoringu územně rozlehlých distribučních systémů
– systém čidel pro detekování anomálií v kvalitě vody
– přenos veličin na pracoviště centrálního dispečinku
– vyhodnocovací SW
– interní předpisy pro řešení mimořádných situací
– napojení na pult centrální ochrany PČR
– zapojení do krizového řízení Kraje
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
14
5 Moderní trendy ve vodním hospodářství
Technologické trendy (4)
Voda – zdroj energie
• tepelná čerpadla na vodovodní sítí
• využití hydroenergetického potenciálu vodovodní sítě
• dnes se využívá instalací turbín zejména na velkých přivaděčích
• malé turbíny na vodovodní síti
• výzkum ve Výzkumném ústavu vodních staveb
• dosud existují jen hrubé odhady získatelného energetického potenciálu
• časově rozdílné odběry vody – nitné stroje s konstantně vysokým stupněm
účinnosti ve velkém rozsahu průtoků
• realizace v oblasti malých výkonů může být ekonomicky velmi citlivá -
výzkum
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
15
5 Moderní trendy ve vodním hospodářství
Technologické trendy (5)
Oddílné systémy odvádění odpadních vod
• oddělené odvádění splaškových vod a dešťových vod – zejména v nově
budovaných lokalitách, ve stávající zástavbě obtížné dokonalé rozdělení
obou vod
• řešení nezakládá nároky na zvětšování profilu jednotné kanalizace pod
odvodňovanou lokalitou
• dešťová kanalizace
• zaústění do místní vodoteče
• zasakování
• splašková kanalizace zaústěna do jednotné kanalizace nebo vedena
systémem oddílné kanalizace až na ČOV – více zahuštěné odpadní vody k
čištění
• splašková kanalizace vyžaduje zvýšené nároky na čištění
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
16
5 Moderní trendy ve vodním hospodářství
Technologické trendy (6)
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
17
Real Time Control (1)
• systém retenčních nádrží na
stokové sítí k zachycení
dešťových vod
• řízení odtokových poměrů ve
stokové síti
• minimalizace vlivu stokové
sítě na vodní toky
• optimalizace zatížení ČOV –
zploštění špičkových průtoků
5 Moderní trendy ve vodním hospodářství
Technologické trendy (7)
Real Time Control (2)
Podmínky řízení
- moderní řídící systém – přenos potřebných dat a provozních veličin na
kanalizační dispečink a řízené objekty on-line
- odborně zdatný personál dispečerského pracoviště
- aktuální informace o dešťových událostech
- systém srážkoměrů
- využití dat z hydrometeorologických radarů
- možnost predikce průtoků ve vazbě na průběh dešťové události - –
stanovení dotokových časů k jednotlivým objektům stokové sítě
- jednoduchý mapový podklad času dotoku pro jednotlivé kmenové stoky
- matematické modelování chování stokové sítě – MIKE Urban
- důkladná údržba celého systému k udržení provozuschopnosti
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
18
5 Moderní trendy ve vodním hospodářství
Technologické trendy (8)
Energetická soběstačnost ČOV
Cílem maximálně pokrýt veškerou spotřebu elektrické energie na ČOV
Způsoby
• recyklace energie obsažené v kalech
- intenzivním srážením organického materiálu z přitékající odpadní vody
- dezintegrace kalu - lyzátovací zahušťovací odstředivky
- termofilní anaerobní stabilizace kalu
- zdokonalení míchání anaerobních fermentorů
- využití veškeré produkce bioplynu na kogeneracích
• tepelná čerpadla
• solární energie
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
19
5 Moderní trendy ve vodním hospodářství
Technologické trendy (9)
Mobilní aplikace
• rozvoj využití SW v terénu s masovějším rozšířením tabletů a rychlého
mobilního internetu
• příklady mobilních aplikací v BVK, a.s.
• odběru vzorků pitných a odpadních vod – databáze odběrných míst, protokoly o
odběru vzorků, interface s GIS a LABSYS
- čištění stokové sítě – plán čištění, lokalizace čištěné trasy pomocí GPS,
interface s GIS a SW pro údržbu
- provádění údržbových operací na objektech – plán údržby, dokumentování
provedené údržby - interface se SW pro údržbu
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
20
5 Moderní trendy ve vodním hospodářství
Technologické trendy (10)
Smart metering - instalace dálkově odečítaných měřidel
• odečítání měřidla
• on-line přenosem
• jednotlivá měřidla
• v přenosových sítích
• v odečtových intervalech - radiový přenos - pochůzka či průjezd vozidlem
• výhody
- odběratelé nejsou rušeni odečtem měřidla
- informace odběratelům o mimořádných stavech
- snížení fyzické pracnosti odečtů
- kontrola trendů odběrů – odhalování „černých“ odběrů
• nevýhody
- vyšší cena měřidel
C6890 Technologie a nástroje ochrany životního prostředí
IV. Úprava a čistění vod
21