PROČIŠĆAVANJE

OTPADNIH VODA

GRADOVA I INDUSTRIJE

Prof. dr. Laszlo Sipos

Sveučilište u Zagrebu

Fakultet kemijskog inženjerstva i

tehnologije, Zagreb

TEMELJNI PRINCIPI PROČIŠĆAVNJA

OTPADNIH VODA

Višak

mulja

UREĐAJI ZA PROČIŠĆAVANJE OTPADNIH VODA

POSTUPAK S AKTIVNIM MULJEM

1. Gruba i fina rešetka (GFR)

2. Aerirani pjeskolov mastolov(APM)

3. Primarna taložnica (PT)

4. Aeracijski spremnik (AS)

5. Sekundarna taložnica (ST)

GFR APM PT

AS

ST

Influent Efluent

Povratni

mulj

t=5-30 min

10 %

t=2-3 h

30 %

t= 10 -24 h t= 2-5 h

> 90 %

TMELJNI PROCESI PROČIŠĆAVANJA

OTPADNIH VODA

Uklanjanje organskih tvari

C6H12O6 + 6 O2 = 6 CO2 + 6 H2O

APM PT AS ST

Proizvodnja biomase

NH4+ + 1,83 O2 1,98 HCO3

- =

0,021 C5H7NO2 + 0,98 NO3-+ 1,041 H2O + 1,88 H2CO3

Denitrifikacija

2 NO3 + 2H+ = N2(g) + H2O + 5(O)

APM AS N/DN T

Nitrifikacija

HN4+ + 1,5 O2 = NO2

- + H2O + 2 H+ (Nitrosomonas)

NO2 + 0,5 O2 = NO3- (Nitrobakter)

NH4 + 2O2 = NO3- + H2O + 2 H+

KINETIKA BIOLOŠKIH

PROCESA PROČIŠĆAVANJA

OTPADNIH VODA

X

S

X

S

KINETIKA PRIRASTA BIOMSE I POTROŠNJE

SUPSTRATA

kXdt

dXxr

S Ks

ko

ko/2

SK

Skk

s

o

SsK

XSk

dtdX

xr

**0

Monod-ova konstanta brzine reakcije

sYrdtdS

Yxr

)(

**

SsKY

XSok

Y

rsr

x

Xdkdt

dXdr *

XdkSsK

XSok

dtdX

sr ***

BILANCA BIOMASE I SUPSTRATA U SUSTAVU S

AKTIVNIM MULJEM

Q0, S0, X0

V, X, S

AS T

Qr, Xu

Qu, Xu

Q0+ QR, X, S Q0 - Qw, Xe, S

Qw, Xu

Efluent In

Višak mulja

Biomasa

uXwQeXwQoQXdkSK

XSkVoXoQ

s

o

)()(

SwQSwQoQXdkSKY

XSkVoSoQ

s

o

)())(

(

Supstrat

Pretpostavke:

SoS

eX

oX

0

0

Procesi se odvijaju samu u AS !

dkVX

XQ

SK

SK uw

s

o

)( SoSVX

YQ

SK

SK o

s

s

doVX

YQ

VX

XQkSSouw )(

Hidrauličko vrijeme zadržavanja:

oQV

Starost mulja:

uwXQVX

c

Uvrštavanjem i preuređenjem jednadžbi

dobivamo:

X

SSY o

c *

)(1

)1(

)(

cd

oc

k

SSYX

Prostorno opterećenje (VL ili BR):

XY

kSoS

c

cd *1(

)(Xf

V

QSLV o

dm

kgBPK3

5

Muljno opterećenje (F/M ili BTS):

kgSTd

kgBPK5

VX

SSQMF

)(/ 0

UČINAK PROČIŠĆAVANJA OVISNO O

MULJNOM OPTEREĆENJU

0

50

100

0.01 0.1 1 10

)223.0*log956.0(10

)1

*60(100

TSBA

A

A

BTS

/%

TEHNOLOŠKI PARAMETRI UREĐAJA ZA

PROČIŠĆAVANJA OTPADNIH VODA

TIPIČNI VRIJEDNOSTI TEHNOLOŠKIH PARAMETARA

UREĐAJA ZA PROČIŠĆAVNJE OTPADNIH VODA

BTS kg BPk5/kg ST d 0.05 0.15 >1.0

Efikas. % 96 92.5 ~60

ST g/L 5 3.3 2-3

BR kgBPK5/m3d 0.25 0.5 >3.5

t h ~24 2 0.5

OO kgO2/kgBPK5 2 2 ~0.7

f 1.25 1.25 2

P kWh/kg BPK5 1.04 1.08 0.5

Višak

mulja

UREĐAJI ZA PROČIŠĆAVANJE OTPADNIH VODA

POSTUPAK S AKTIVNIM MULJEM

UZ PRIMARNI TALOŽNIK

1. Gruba i fina rešetka (GFR)

2. Aerirani pjeskolov mastolov(APM)

3. Primarna taložnica (PT)

4. Aeracijski spremnik (AS)

5. Sekundarni taložnik (ST)

GFR APM PT

AS

ST

Influent Efluent

Povratni

mulj

t=5-30 min

10 %

t=2-3 h

30 %

t= 10 -24 h t= 2-5 h

> 90 %

UREĐAJI ZA PROČIŠĆAVANJE OTPADNIH VODA

POSTUPAK S AKTIVNIM MULJEM

BEZ PRIMARNE TALOŽNICE

1. Gruba i fina rešetka (GFR)

2. Aerirani pjeskolov mastolov(APM)

3. Aeracijski spremnik (AS)

4. Taložnik (T)

GFR APM

Influent

t=5-30 min

10 %

Višak

mulja

AS

T

Efluent

Povratni

mulj

t= 10 -24 h t= 2-5 h

> 90 %

UKLANJANJE DUŠIKA I FOSFORA

IZ OTPADNIH VODA

SPOJEVI DUŠIKA U OTPADNIM VODAMA

Org-N u mulju: 5.9

mg/L

TN=33.6 mg/L

NO2+3-N

3.0 mg/L

NH4-N

18.4 mg/L

Org-N

12.2 mg/L

NO2+3-N

12.6 mg/L

NH4-N

1.0 mg/L

Org-N

2.3 mg/L

Denitrifikacija

Redukcija Nitrifikacija

Amonifikacija

Precipitacija Asimilacija

N2 15.1 mg/L

POSTUPCI PROČIŠĆAVANJA

Ovisno o primijenjenim procesima pročišćavanja

razlikujemo:

- Pročišćavnja bez nitrifikacije;

- Pročišćavanja uz nitrifikaciju;

- Pročišćavanja uz uklanjanje spojeva dušika, a i fosfora.

Spojevi dušika uklanjanju se postupkom nitrifikacije i denitrifikacije.

Postoji niz različitih reaktorskih sustava za ove procese. Neki od tih su:

- Prethodna denitrifikacija;

- Naknadna denitrifikacija;

- Simultana denitrifikacija;

- Kaskadna denitrifikacija;

- Izmjenična denitrifikacija;

- Denitrifikacija s prekidima, a i drugi.

Prethodna denitrifikacija

Sekundarni

taložnik Denitrifikacija Nitrifikacija

Povrat mulja

Ulaz vode

Efluent

Višak mulja

Interna recirkulacija

Naknadna denitrifikacija

Sekundarni

taložnik Denitrifikacija Nitrifikacija

Povrat mulja

Ulaz vode

Efluent

Višak mulja

Naknadna

aeracija

Simultana denitrifikacija

Sekundarni

taložnik

Denitrifikacija

Nitrifikacija

Povrat mulja

Ulaz vode

Efluent

Višak mulja

Kaskadna denitrifikacija

Sekundarni

taložnik D Nitrifikacija

Povrat mulja

Ulaz vode

Efluent

Višak mulja

Nitrifikacija D

D = Denitrifikacija

Izmjenična denitrifikacija

Sekundarni

taložnik

Nitrifikacija

Povrat mulja

Ulaz vode Efluent

Višak mulja

Denitrifikacija

Denitrifikacija s prekidima

Sekundarni

taložnik

Denitrifikacija

Nitrifikacija

ili

Povrat mulja

Ulaz vode Efluent

Višak mulja

UKLANJANJE SPOJEVA FOSFORA

a) Biološko uklanjanje fosfora

b) Uklanjanje kemijskim postupcima

FeCl3 + PO43- = FePO4 +3 Cl-

Temelji se na procesima adsorpcije i

ugradnje u biomsu.

Fosfor je prisutan u obliku PO43- i Org-P

ULAZNI PODACI ZA DIMENZIONIRANJE

UREĐAJA ZA PROČIŠĆAVANJE

OTPADNIH VODA

KAKVOĆA OTPADNIH VODA

TIPIČNI POKAZATELJI KAKVOĆE

KOMUNALNIH OTPADNIH VODA

Industrijske otpadne vode:

KPK, O2 mg/L 500-10000

Protok, Q, m3/h

Susp. tvar., mg/L 220 30

Vol. susp. tvari., ml/ 10

BPK5, O2, mg/L 220 25

KPK, O2, mg/L 500 125

Tot. N, mg/L 40 10

Org-N, mg/L 15

NH3-N, mg/L 25

NO2-N, mg/L 0

NO3-N, mg/L 0

Tot. P, mg/L 8 2 Org-P, mg/L 3

Anorg-P, mg/L 5

Kloridi, Cl- 50

Alk., CaCO3,, mg/L 100

Masti i ulja, mg/L 100

Pokazatelj kakvoće Koncentracija MDK efluenta

WASTEWATER TREATMEN PLANT BJELOVAR

The values of COD (mg/L O2) at different treatment steps

0

100

200

300

400

500

600

700

800

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Date January 2002

CO

D, m

g/L

O

2

Ulaz

Izlaz A

Izlaz B

WASTEWATER FLOW RATE GAREŠNICA

30.8. - 6.9. 2004.

0.00

0.01

0.01

0.02

0.02

0.03

0.03

0.04

0.04

0.05

0.05

30.8. 8:00 31.8. 8:00 1.9. 8:00 2.9. 8:00 3.9. 8:00 4.9. 8:00 5.9. 8:00 6.9. 8:00

Time/ day

Q / m

3/s

Dnevne varijacije protoka otpadnih voda

0

100

200

300

400

500

600

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Sati

Pro

tok

/m3

/h

Dnevni prosjek

Maksimalni satni protok

ULAZNI PODACI ZA DIMENZIONIRANJE

UREĐAJA ZA PROČIŠĆAVNJE OTPADNIH

VODA

PROTOK VODE

EKVIVALENTI STANOVNIKA (ES)

Broj stanovnika

Protok vode L/(ES*dan)

<5000

150

5000 – 10000

180

10000 – 50000

220

50000 – 250000

250

>250000

300

PODACI NA TEMELJU TERENSKIH MJERENJA

Dnevne količine otpadnih voda – sušno razdoblje:

Qd - Prosječni dnevni protok

QT,d - Prosječni dnevni protok – sušno razdoblje

QT,h,max - Maksimalni satni protok – sušno razdoblje

Sušni protok:

Qt = QT,d

Kišni protok:

QW = 2* Qt

OPTEREĆENJE OTPADNIH VODA

EKVIVALENTI STANOVNIKA

BPK5 60 g/(ES*d)

KPK 120 g/(ES*d)

ST 70 g/(ES*d)

N 12 g/(ES*d)

P 3 g/(ES*d)

MJERENJE PROTOKA OTPADNIH

VODA U KANALIZACIJSKOJ

MREŽI

Shematski prikaz pregradne ploče za mjerenja protoka otpadne vode.

Dimenzije su u mm.

ghlhQ 2

Q = protok m3/s

L = širina toka, m

h = visina toka, m

g = 9,81 m/s2

PRAVOKUTNI PRELJEV ZA MJERENJE

PROTOKA OTPADNE VODE

Mjerni profil s ultrazvučnim mjeračem razine na glavnom kolektoru otpadnih voda u Đakovu

Lokacija uzorkovanja na glavnom kolektoru otpadnih voda grada Đakova

Mjerni kanal s instaliranim mjeračem razina na izlazu uređaja za pročišćavanje

otpadnih voda grada Križevaca

MJERENJA PROTOKA OTPADNIH

VODA

Mjerenje protoka otpadnih voda

ultrazvučnom sondom primjenjujući

Doppler-ov efekt.

V

h

Area-Velocity Flow Meter

AVFM

UZIMANJE UZORAKA

OTPADNIH VODA

SHEMATSKI PRIKA AUTOMATSKOG

UZORKIVAČA OTPADNIH VODA

Vacuum Tlak

Spremnik

za uzorak

Kanal

Automatski uzorkivač na ulazu uređaja za pročišćavanje otpadnih voda grada Križevaca

NOVI TRENDOVI U RAZVOJU POSTUPAKA

PROČIŠĆAVNJA OTPADNIH VODA

PRIMJENA MEMBRANSKIH TEHNOLOGIJA

Koncentracija biomase biomase 3 – 5 g/L

APM AS N/DN T

Membranska filtracija

APM AS N/DN F

0

200

400

600

800

1.000

1.200

1.400

1.600

1.800

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Koncentracija mulja [kg/m3]

Vo

lum

en

bazen

a [

m3]

V= f(X)

Koncentracija biomase 12 – 15 g/L

APM AS N/DN F

F

APM AS N/DN T

Koncentracija biomase biomase 3 – 5 g/L

Spektar filtracije

0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10 100m

hair Crypto-

sporidium

smallest

micro-

organism

polio

virus

Suspended solids

Parasites

Bacteria

Org. macro. molecules

Viruses

Colloids Dissolved salts

Sand filtration

Microfiltration

Ultrafiltration

Nanofiltration

Reverse Osmosis

ZW® - Shematski prikaz vlakna

Membrana

Veliki mjehuri

Difuzor Veliki mjehuri

Difuzor

Nosivi sloj

Filtrat prema gornjem kolektoru

Filtrat prema donjem kolektoru

Biomasa

Aeracija Mjehuri

(za mješanje fluida)

Membrane sa

šupljim vlaknima Pločaste membrane

ZeeWeed® ZW500 membrane sa

šupljim vlaknima

6 m Zeno Okvir sa 6 Kaseta - 48 modula

1 Kaseta sa 8 ZeeWeed modula

484 m2 površine filtracije

12 m Zeno Okvir sa 12 Kaseta - 96 modula

Dijagram toka

Filtrat

Uronjene

membrane

Čišćenje/Otpad

Bazen sa

membranama

Pumpa filtrata

Spremnik za

protustrujno

ispiranje

Dotok vode koja

se pročišćava

ZenoGem® MBR Shema

Otpadni mulj @1.5%-2.0%

Tretirana voda

ZeeWeed Membranski Bioreaktor

Backpulse spremnik

Fino sito

Spremnik aditiva

Puhala

1. Ulazna graðevina

2. Kišna retencija

3. Upravna zgrada

4. Pjeskolov

5. Prvi biološki stupanj

6. Aeracijski spremnik

7. Taložnici

8. Laguna za mulj Proèišæena

voda

Ispust

UREÐAJ ZA PROÈIŠÆAVANJE OTPADNIH VODA GRADA

BJELOVARA

Slika 3. Varijanta 1a Stanje 2003. godine

1

2

3

4

5 6

7

8 Mulj

1. Ulazna graðevina9. Novi aeracijski spremnik

2. Kišna retencija10. Novi taložnik

3. Upravna zgrada

4. Pjeskolov

5. Prvi biološki stupanj

6. Aeracijski spremnik

7.Taložnici

8. Laguna za mulj

Proèišæena voda

Ispust

UREÐAJ ZA PROÈIŠÆAVANJE OTPADNIH VODA GRADA BJELOVARA

Slika 5. Varijanta 2b i 2c

1

2

3

4

5

6

7

8

Mulj

9 9 10 19

1. Ulazna graðevina

2. Kišna retencija

3. Upravna zgrada

4. Pjeskolov

5. Prvi biološki stupanj

6. Aeracijski spremnik

7. Taložnici

8. Laguna za mulj

Proèišæena

voda

Ispust

UREÐAJ ZA PROÈIŠÆAVANJE OTPADNIH VODA GRADA

BJELOVARA

Slika 7. Varijanta 2d

1

2

3

4

5 6

7

8 Mulj

KRAJ