Upload
phungminh
View
214
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
OCHRANA VOD
Ing. Petr Stloukal Ph.D.
Ústav ochrany životního prostředí
Fakulta technologická
Univerzita Tomáše Bati Zlín
2
1) Pojmy, obory, legislativa
2) Znečištění vod (samočistící schopnost vod,
znečišťující látky, ukazatele znečištění)
3) Technologie, kterými se ovlivňuje složení
vod
- Úprava pitných vod
- Čištění odpadních vod
Sylabus přednášky
Typy vod z hlediska ŽP
Přírodní
- Atmosférické
- Povrchové (tekoucí, stojaté, mořské)
- Podzemní (prosté, minerální)
Odpadní
- Splaškové
- Průmyslové
Rozdělení vod
Přírodní vody
Atmosférické
- veškerá voda v zemském ovzduší, bez ohledu na její skupenství
Povrchové
- voda na zemském povrchu ve formě různých vodních útvarů
- Kontinentální (tekuté, stojaté), mořské
Podzemní
- podpovrchová voda – voda v zemské kůře ve všech skupenstvích
- Přirozeně v horninovém prostředí
- vznik – infiltrace srážkových a povrchových vod, kondenzace
vodních par v půdě.
- Rozmanité chemické složení – dle iontů (převážne Ca2+, Mg2+,
dále pak Na+, K+, Fe3+, Al3+, Mn2+, atd.)
Rozdělení vod
Odpadní vody
Splaškové
- vznik - každodenní lidská činnost (domácnosti, školy, úřadů, atd.
- přibližně stejné složení.
- obsahuje i oplachové vody (vodu z mytí ulic) a dešťovou vodu ze
srážek.
- zpracovává se na městských čistírnách odpadních vod (ČOV).
Průmyslové
- vznik - průmyslové podniky (technologické vody, chladící vody)
- míra a charakter znečištění - druh průmyslu, použité technologii výroby.
- čistění buď přímo v podniku nebo přímo v městské ČOV.
Rozdělení vod
Hydrologie
- zabývá se zákonitostmi časového a prostorového rozdělení a
oběhu vod, fyz. chem a biol. vlastnostmi.
- hydrochemie: chemická charakterizace vod
Hydrogeologie
- vyhledávání zdrojů podzemních vod a jejich ochranou
Vodní hospodářství
- soubor činností k ochraně a rozvoji vodních zdrojů a k ochraně
proti škodlivým účinkům vody
- plánování, vyvíjení, rozšiřování a optimalizace
Obory
Ochrana vod
Základní dvě hrozby
- nedostatek
- znečištění
Soubor opatření, sloužících:
- k ochraně vod před všemi druhy znečištění
- k omezení a odstranění následků znečištění
- k zabránění vyčerpání vodních zdrojů
Právní zázemí
- směrnice 2000/60/ES z 23. října 2000.
- zákon č. 150/2010 Sb., vodní zákon
10
2) Znečištění vod (samočistící schopnost
vod, znečišťující látky, ukazatele
znečištění)
Sylabus přednášky
Znečišťování vody
Přirozený výskyt příměsí a rozpuštěných látek
Znečištění – relativní pojem, záleží na účelu použití
Třídy jakosti povrchových vod
- ČSN 75 7221 z roku 1998 určuje pět tříd jakosti podle 46 kritérií:(http://envis.praha-mesto.cz/rocenky/Pr_99/kap_021.htm)
1 - velmi čistá voda
2 - čistá voda
3 – znečištěná
4 - silně znečištěná voda
5 - velmi nečistá voda
Znečišťování vody
Ukazatele znečištění
Fyzikální ukazatele + organoleptické - teplota, barva, zákal, průhlednost, pach, chuť, vodivost, redox
potenciál
Chemické ukazatele - pH, chemické složení
Radiologické ukazatele
- celková aktivita alfa, beta, aktivita Rn
Mikrobiologické ukazatele - koliformní bakterie, fekální koliformní bakterie, enterokoky,
mezofilní, psychrofilní bakterie
Znečišťování vody
Ukazatele znečištění
Biologické ukazatele - saprobní index, trofická úroveň
Ekologické ukazatele - podmínky pro život ryb, neporušená samočisticí schopnost
Skupinové ukazatele - BSK5,CHSK, Corg, NL, RL, VL, NEL,
- Formy N, P, Cl, S, Fe, Mn, Ca, Mg , Toxické kovy,
- PCB, PAU,
- RAS (rozpuštěné anorganické soli)
- AOX (adsorbovatelné organicky vázané halogeny),
Znečišťování vody
Ukazatele znečištění
CHSK
chemická spotřeba kyslíku
množství oxidačního činidla spotřebovaného organických látek (u
OV K2Cr2O7 → CHSKCr)
BSK
biochemická spotřeba kyslíku
množství rozpuštěného kyslíku spotřebovaného na biochemickou
oxidaci organických (i anorganických) látek (nejčastěji za 5 dnů = BSK5)
umožňuje posuzovat biologickou čistitelnost OV a biologickou
rozložitelnost org. látek (za aerobních podmínek)
často se srovnává s CHSK/BSK5
Znečišťování vody
Ukazatele znečištění
nejčastěji termická oxidace org. látek na CO2 a jeho
následné stanovení
oproti CHSK vždy stoprocentní oxidace
řada variant:
TC (Total Carbon) - celkový uhlík
DOC (Dissolved Organic Carbon) - rozpuštěný org. uhlík
TOC (Total Organic Carbon) - celkový org. uhlík
Nutrients
Eutrophication
Sewage,
Oxygen Balance
Acidification
Organics and Metals
Global Climate
Change
1950 1970 1990 2000+
Straškraba, 1996; Meybeck et al., 1989
organické znečištění,konvenční ČOV
význam živin P, Nbodové/difúzní zdroje
dálkový transportzdroje
složení atm., UV, teplota, srážky
Znečišťování vody
Vývoj - Antropogenní vlivy minulého století
Znečišťování vody
Znečistění vody
Prostorově dělíme na:
Plošné- Atmosférické depozice, smyvy z polí,
erozní splachy, z městských a průmyslových aglomerací
Bodové- odpadní vody z dobře definovaných míst
- výpusti z továren, dolů, kanalizací, ČOV,
živočišné výroby
Havarijní - nečekané, nepravidelné,
- nejčastěji ropné látky a chemikálie (pozn. znečištění podz. Vod)
Znečišťování vody
Znečistění vody
Mikroorganismy- viry, bakterie, prvoci, řasy, plísně- OV z lidských sídel, zemědělská výroba, ze skládek.
Toxické organické látky- při zpracování uhlí, při výrobě barev a laků, pesticidy- PCB, PAU, ropné látky, DDT, pesticidy
Netoxické organické látky- tuky, bílkoviny, polysacharidy, zbytky tkání- textilky, potravinářství, papírenství, zemědělství. - spotřeba kyslíku, nevhodné pro život
Znečišťování vody
Znečistění vody
Eutrofizace vod- růst obsahu minerálních živin N a P a jejich sloučenin ve vodách.
- porušení biologické rovnováhy, přemnožení fytoplanktonu: sinice,
řasy atd.
- vegetační zabarvení: zelená, modrozelená barva
- vodní květ: nahromadění řas a sinic na hladině
- sekundární znečištění organickými látkami (metabolity)
- zhoršení organoleptických vlastností (zápach)
- cyanotoxiny: alergické dýchací potíže, dermatitida, onemocnění
jater
- dělení: Přirozená - sloučeniny N a P z půdy, dnových sedimentů,
odumřelé organismy,
- nelze ovlivnit, stárnutí jezer.
Antropogenní - splachy hnojiv, prací a čistící prostředky,
splaškové odpadní vody, atmosferická
depozice
Znečišťování vody
Znečistění vody
Toxické kovy- těžba a zpracování rud, chemický průmysl, zemědělství- As, Cr, Cd, Hg, Pb, Cu
Kyselá atmosférická depozice- acidifikace škodí planktonu i rybám
Pevné látky- stavebnictví, metalurgie, eroze, - přímé vypouštění kalů, víření, usazování- zanášení, menší propustnost světla
Znečišťování vody
Znečistění vody
Odpadní teplo
- tepelné elektrárny s průtočným chlazením, průmyslové OV
- změna kyslíkového režimu = ↓nasycení vody O2, ↑ jeho
spotřeby organismy, ↓ schopnosti kyslík využít (u ryb)
- zvýšení rozpustnosti látek
- zvýšení toxických projevů některých látek
Radioaktivita
- přírodní zdroje: 40K; prvky U, Ac a Th rozpadové řady (v okolí
nalezišť rud); rozpuštěný Rn
- umělé zdroje: medicína, průmysl, vojenství, jaderné reaktory
- havárie: 90Sr, 137Cs, 131I
Znečišťování vody
Samočisticí schopnost vod
Souhrn přirozeně probíhajících pochodů, pomocí nichž se
povrchové vody zbavují znečišťujících elementů.
Účinnost závisí na
- koncentraci rozpuštěného kyslíku, organických látek, teplotě vody,
aktivitě organismů.
- př.: Rozklad fenolu - zima 100 km; léto 10 km
Pochody
- fyzikální - sedimentace, usazování
- chemické - neutralizace, srážení, fotochemický rozklad
- biologické - většinou aerobní, kyslík rozhodující, čerpám z
rozpuštěného, bez něj zpomalení zastavení
- pouze v místech bez O2 anaerobní (u dna)
Znečišťování vody
Revitalizace říčních toků
Napřimováním toků
Opevňování břehů
1992 – schválen Program revitalizace říčních systémů
vládou ČR
Podpora retenční schopnosti krajiny
Napravit nevhodně provedené meliorační zásahy
Obnovit přirozené funkce říčních toků
Narušení samočistící
schopnosti řek
Dělení vody dle jejího použití
Pitná voda
- zdravotně nezávadná voda, která ani při trvalém požívání nevyvolá
onemocnění nebo poruchy zdraví
- Upravuje vyhláška 252/2004 Sb. o hygienických požadavcích na
pitnou a teplou vodu a četnost kontrol.
Užitková voda
- zdravotně nezávadná voda, která však není určena k pití a vaření
Provozní voda
- voda pro různé provozní účely (chlazení, mytí, apod.)
Odpadní voda
- voda použitá mimo vodní zdroj, jejíž vlastnosti byly lidskou činností
změněny a vody z atmosférických srážek odváděné stokovou sítí.
Technologie úpravy vod
Technologie úpravy vod
1. Fyzikální metody čištění
filtrace (pískové filtry, cezení, česle, síta)
usazování (usazovací/sedimentační nádrže)
odstřeďování (centrifugy)
flotace (flotační nádrže)
filtrace (písková filtrace)
magnetická separace
http://www.asio.cz/cz/cistirny-pro-prumysl
Typické pro:
- OVM
- OVprum.
- Úpravna
pitné vody
Technologie úpravy vod
2. Fyzikálně chemické metody čištění
neutralizace
srážení, koagulace
oxidace/redukce
adsorpce
(zachycování nečistot(sorbátu) na povrchu
tuhé fáze(sorbentu))
výměna iontů
extrakce
(oddělování složek směsí na základě různé
rozpustnosti)
stripování, destilace
membránové procesy
Typické pro:
- OVprum.
- Úpravna
pitné vody
Technologie úpravy vod
3. Biologické metody čištění
A)aerobní
aktivace
biofiltry
rotační biofilmové reaktory
stabilizační rybníky
vegetační(kořenové) čištění
B)anaerobní
stabilizační nádrže (kaly, aerobní biomasa)
reaktory pro čištění odpadních vod
Typické pro:
- OVM
- OVprum.
Dělení vody dle jejího použití
Pitná voda
- zdravotně nezávadná voda, která ani při trvalém požívání nevyvolá
onemocnění nebo poruchy zdraví
42 % z podzemních zdrojů vody
32 % z povrchových zdrojů
26 % je pokryto smíšenými zdroji
Úprava pitných vod
Jakost vody v nádržích
http://www.pmo.cz/portal/jvn/cz/index.htm
odstraňování nežádoucích příměsí z vody, zušlechťování vody,
hygienické zabezpečení
úprava povrchové vody
- odstraňování koloidních disperzí a makromolekulárních
organických látek
úprava podzemní vody
- odstraňování oxidu uhličitého, železa, manganu, radioaktivního
radonu atd.
Upravárenské procesy
− Fyzikální – adsorpce, desorpce, sedimentace, filtrace
− Chemické – srážení, oxidace, hydrolýza
− Fyzikálně chemické – chemisorpce, membránové procesy
− Hydraulické – míchání, zahušťování
− Biologické a mikrobiologické – odstranění dusíkatých látek, Fe, Mn
Úprava pitných vod
Technologické procesy úpravy surové vody
Mechanické předčistění
Odkyselování (podzemní voda)
Preoxidace - odmanganování a odželezování
Čiření
Filtrace
Dezinfekce
Úprava pitných vod
Technologické procesy úpravy surové vody
Předčistění
- hrubé nečistoty, písky – aby nepoškodily čerpadla, potrubí, etc.
- česla, síta, lapáky písku, usazovací nádrže
Odkyselování (podzemní voda)
- odstraňování agresivního oxidu uhličitého - korozivní účinky na
kovové a betonové konstrukce
- mechanicky – provzdušněním, chemicky - chemisorpce
Preoxidace, odmanganování a odželezování
- Oxidace sloučenin Fe 2+ a Mn 2+ na vyšší mocenství Fe 3+ a
Mn 4+ (rozpustné na nerozpustné)
- činidla: chlor, ozon, peroxid vodík a manganistan draselný
- vytváření vločkových suspenzí odstranitelných separací.
- nutné tam kde je méně O2 , zlepšuje chuť
Úprava pitných vod
Technologické procesy úpravy surové vody
Čiření
- odstraňování jemných suspenzí (s velmi malými rozměry částic)
- Destabilizace koloidů a jemných suspenzí ve vodě neutralizací jejich
elektrického náboje.
- zvětšení částic, oddělení.- Postup:
1. Míchání čiřidla s upravovanou vodou
- převážně síran železnatý, síran hlinitý, chlorid železitý atd.
- utváří se nerozpustný hydroxid hlinitý nebo železitý.
2. Srážení a vločkování (koagulace a flokulace)
agregace částic do hrubé suspenze, strhávají do sebe nebo
sorbují látky obsažené ve vodě
3. Usazování (sedimentace), čiření
4. filtrace
Úprava pitných vod
Technologické procesy úpravy surové vody
Filtrace- separace suspenzí přes pórovitou vrstvu
- křemičitý písek, práškové aktivní uhlí, dolomitický vápenec aj.
Úprava pitných vod
1 – odvod filtrátu, přívod prací vody
2 – přívod vody na filtraci, odběr prací vody
3 – přívod tlakového vzduchu
fáze filtrace fáze praní
Technologické procesy úpravy surové vody
Dezinfekce - hygienické zabezpečení vody
1. Chlorace vody (větší města)
- Dávkování chlornanu sodného nebo koncentrované chlorové
vody Cl2 + H2O = HClO + HCl
- množství k desinfekci 0,2-1mg/l, u spotřebitele 0,1-0,3 mg/l
- jednoduché, silné oxidační činidlo, dlouholeté zkušenosti
- vznik THM (trihalogenmethanů), chuť, zápach
2. Oxid chloričitý
- nepůsobí chloračně (nevznikají THM),
- má pouze oxidační účinky - velmi silné baktericidní činidlo
- TOX (netěkavé organické halogenové sloučeniny), možný
zápach
Úprava pitných vod
Technologické procesy úpravy surové vody
Dezinfekce - hygienické zabezpečení vody
3. Ozonizace
- nejsilnější oxidační činidlo, působí na bakterie i viry
- vyrábí se v ozonizátorech ze suchého vzduchu nebo kyslíku
- žadná tvorba TOX a THM, žádný zápach ani změněná chuť
- příprava na místě, složité, energeticky náročné, korozivní
Úprava pitných vod
chlorace ClO2 ozonizace UV
dezinfekční účinek střední silný nejsilnější střední
doba efektivního
působeníhodiny dny minuty nulová
pH závislost extrémní žádná střední žádná
vedlejší produkty THM, AOX chloritany možné bromičitany možné dusitany
náklady nízké-vysoké střední střední - vysoké střední
údržba střední střední nízké nízké
Úprava odpadních vod
Odpadní vody
použité v obytných, průmyslových, zemědělských,
zdravotnických a jiných stavbách, zařízeních v
dopravních prostředcích
Dvě podmínky
- změněná jakost vody (složení nebo teplotu)
- mohou ohrozit jakost povrchových nebo podzemních vod.
Splaškové, průmyslové, zemědělské, srážkové
Úprava odpadních vod
Klasifikace znečišťujících látek v odpadních vodách
rozpuštěné
organické
biologicky rozložitelné cukry, mastné
kyseliny kyseliny
biologicky nerozložitelné barviva
anorganické těžké kovy,
sulfidy
nerozpuštěné
organické
biologicky rozložitelné škrob, bakterie
biologicky nerozložitelné plasty, papír
usaditelné celulosová
vlákna
neusaditelné koloidní bakterie
plovoucí papír
anorganické usaditelné písek, hlína
neusaditelné brusný prach
Úprava odpadních vod
Klasifikace znečišťujících látek v odpadních vodách
Specifické druhy znečištění
- teplota
- radioaktivita
- mikrobiální znečištění (patogenní mikroorg.)
- tenzidy (povrchově aktivní látky)
- látky se specific. fyziolog. účinky (pseudoestrogeny...)
Úprava odpadních vod
Čistírny odpadních vod (ČOV)
- zařízení, ve kterém dochází k čištění vod
- funguje jako předčištění, dočištění probíhá v recipientu tj. v přirozeném
vodním toku
1. Splaškové (městské odpadní vody)
- ČOV 90 % ZL, neodstraňují toxické látky, bez napojení -septiky
2. Průmyslové
- malé znečistění - ČOV
- velké např. těžké kovy, těkavé organické sloučeniny - specializované
čistící systémy přímo v továrně, potom do veřejné kanalizační sítě.
- větší využívání fyzikálně-chemických a chemických
- „Nestandardní“ uspořádání biologického stupně – aerobních i
anaerobní procesy
Úprava odpadních vod
Čistění odpadních vod (ČOV)
1) Mechanický stupeň1. lapák štěrku
- (nejhrubší nerozpuštěné částice například
štěrk, dlažební kostky, kusy cihel, …)
2. česle
- k odstranění plovoucích hrubě dispergovaných
nečistot - shrabky
3. lapáky písku
- rozdílná hustota materiálů - gravitační nebo odstředivá síla
4. usazovací nádrže
- usazování jemných nerozpuštěných látek a stírání plovoucích
nečistot z povrchu nádrže.
- primární kal
Ochranná část
ČOV
Strojně stírané česle- hrubé (5 až 20 cm), obvykle ručně stírané
- jemné (1 až 2 cm), stírané strojně
Úprava pitných vod
Úprava odpadních vod
2) Biologický stupeň
užívaná činnost tzv. funkční polykultury
- heterotrofní aerobních i anaerobních bakterií, autotrofních bakterií
- aktivační nádrže O2 + směsná kultura MO = aktivovaný kal
Aerobní
- odstranění ZL, které nejsou schopny sedimentace
- od vyčištěné odpadní vody oddělitelná sedimentací
- technologie s biologickou kulturou
- přisedlou na pevném povrchu (biologické filtry)
- ve vznosu (aktivační nádrže).
Úprava odpadních vod
2) Biologický stupeň
užívaná činnost tzv. funkční polykultury
- heterotrofní aerobních i anaerobních bakterií, autotrofních bakterií
- funkční polykultura kultivována v suspenzi - aktivovaný kal
Anaerobní
Úprava odpadních vod
3) Terciální čistění
Odstranění dusíku
- Deaminace, amonifikace (org. dusík - amoniak)
- Nitrifikace (amoniak - dusičnany)
- Denitrifikace (dusičnany - volný dusík)
Odstranění fosforu, nerozpuštěných látek a k hygienizaci vody
(odstranění patogenů).
Voda vyčištěná po biologickém čištění je vypouštěna do recipientu.
Úprava odpadních vod
Stabilizace kalů
Primární kal - z mechanického čištění
Sekundární kal – z biologického čištění
Často vysoký obsah patogenů – nutnost stabilizace!
Převažuje anaerobní způsob stabilizace - Vyhnívací (metanizační)
nádrže. T 30-35°C.
Stabilizovaný kal je dále zahuštěn (gravitačně, strojně – kalolisy,
odstředivky)
Fugát
- tekutý produkt vyhnívacího procesu a má charakter vody odpadní.
.
Úprava odpadních vod
Využití kalů:
Digestát - Tuhý zbytek po vyhnití
Skládkování kalu
Spalování kalu
- vysoký podíl organické hmoty, pro likvidaci kalů obsahujících oleje
nebo toxické organické látky. Zneškodněny pathogenní organizmy
toxické organické sloučeniny.
Zakomponování kalu do stavebních materiálů
- omezené množství kalu
Kompostování
- složení kompatibilní s kompostovacím procesem.
Použití k hnojivým účelům
- pro kaly s vysokým obsahem hnojivých látek (organická hmota, N,
P)pro hnojení zemědělské půdy, ale také pro půdu lesní
a rekultivace.
Úprava odpadních vod
Vypouštění odpadních vod
Do recipientu
- Každý vodní útvar, do něhož vyúsťují vody nebo odpadní
vody
- dočištění – samočistící schopnost
- řídí se vodním zákonem (254/2001 Sb.) a nařízením vlády
61/2003 Sb. a 229/2007 Sb.
- kombinovaný přístup stanovení limitů
Do kanalizace
- řídí se především kanalizačním řádem
Úprava odpadních vod
Čistírna odpadních vod Praha
Čistírna Bohuslavice
http://www.youtube.com/watch?v=iFR-GdYi8L0
Kořenové čistírny odpadních vod
Alternativa čištění odpadních vod
mělce zaplaveného zemního lože, vegetace, živočichů a vody -
mokřad
přírodních čistících procesů bez vnější energie a chemických látek.
Samočistící procesy
1. mechanické
- sedimentace a filtrace, srážení, adsorpce, chemický rozklad
2. biologické
- mikrobiální rozklad látek
3. dočiťovací
- rybník Odběrný objekt Výpustný objekt
Úprava odpadních vod
zásobování obyvatelstva pitnou vodou patříme k lépe
vybaveným zemím
z hlediska jakosti dodávané pitné vody je situace
srovnatelná s úrovní nejvyspělejších evropských států.
problém je v čištění odpadních vod.
ve většině zemí EU se míra napojení na čistírny
odpadních vod cca 100 %
v přistupujících zemích napojení nepřekračuje 70 – 80 %.
Česká republika dosáhla v roce 2007 80,0 % skutečně
napojených obyvatel na kanalizaci a 75 % obyvatel je
skutečně napojeno na kanalizaci s čistírnou.