PROČIŠĆAVANJE OTPADNIH VODA Prof. dr. Laszlo Sipos Sveučilište u Zagrebu Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije, Zagreb
TEMELJNI PRINCIPI PROČIŠĆAVNJA OTPADNIH VODA
Influent UREðAJI ZA PROČIŠĆAVANJE OTPADNIH VODA POSTUPAK S AKTIVNIM MULJEM GFR 1. Gruba i fina rešetka (GFR) 2. Aerirani pjeskolov mastolov(apm) 3. Primarna taložnica (PT) 4. Aeracijski spremnik (AS) 5. Sekundarna taložnica (ST) APM PT AS ST Efluent t=5-30 min η 10 % t=2-3 h η 30 % Povratni mulj t= 10-24 h t= 2-5 h η> 90 % Višak mulja
TMELJNI PROCESI PROČIŠĆAVANJA OTPADNIH VODA Uklanjanje organskih tvari C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 = 6 CO 2 + 6 H 2 O Proizvodnja biomase NH 4+ + 1,83 O 2 1,98 HCO 3 - = 0,021 C 5 H 7 NO 2 + 0,98 NO 3- + 1,041 H 2 O + 1,88 H 2 CO 3 APM PT AS ST
Nitrifikacija HN 4+ + 1,5 O 2 = NO 2 - + H 2 O + 2 H + (Nitrosomonas) NO 2 + 0,5 O 2 = NO 3 - (Nitrobakter) NH 4 + 2O 2 = NO 3- + H 2 O + 2 H + Denitrifikacija 2 NO 3 + 2H + = N 2(g) + H 2 O + 5(O) APM AS N/DN T
KINETIKA BIOLOŠKIH PROCESA PROČIŠĆAVANJA OTPADNIH VODA
KINETIKA PRIRASTA BIOMSE I POTROŠNJE SUPSTRATA X S X S dx r x = = dt kx
k o k o /2 K s S Monod-ova konstanta brzine reakcije k = k K s o S + S k S X r dx x = = 0 * * dt K s + S
rx rs = Y rx = Y ds dt = Yr s * S * X = ko Y( Ks + S) dx r d = = kd * dt X dx ko * S * X r s = = dt kd * Ks + S X
BILANCA BIOMASE I SUPSTRATA U SUSTAVU S AKTIVNIM MULJEM Q 0, S 0, X 0 Q 0 + Q R, X, S Q 0 - Q w, X e, S In AS V, X, S T Efluent Q r, X u Q w, X u Q u, X u Višak mulja Biomasa Q o X o k XS + V( k d X) = ( Q o Q w ) X K + S e o + s Q w X u
Supstrat Q o S o ko XS V( k d X) = ( Q o Q w ) S + Q w S Y( K + S) s Pretpostavke: X o X e S o 0 0 S Procesi se odvijaju samu u AS!
KsS K + S s = Q o Y VX ( So S) K K S + S Qw X VX o u = + s kd Qw X VX u = ( S S) k QoY VX o d Hidrauličko vrijeme zadržavanja: θ = V Q o Starost mulja: θ c = VX Q w X u Uvrštavanjem i preureñenjem jednadžbi dobivamo: 1 θ Y ( S θ o = c * S) X X = θcy( S θ (1+ k o d S) θ ) c
S o S = θ (1+ k θ θ Y c d c * X η = f (X ) Prostorno opterećenje (V L ili B R ): VL = QS V o kgbpk m 3 d 5 Muljno opterećenje (F/M ili B TS ): F Q( S0 S) / M = VX kgbpk 5 kgstd
UČINAK PROČIŠĆAVANJA OVISNO O MULJNOM OPTEREĆENJU 100 η/% 50 0 η A 0.01 0.1 1 10 = = 100 10 ( 0.956 ( 60 * 1 + *log B TS A A ) 0.223 ) B TS
TEHNOLOŠKI PARAMETRI UREðAJA ZA PROČIŠĆAVANJA OTPADNIH VODA
B TS f P TIPIČNI VRIJEDNOSTI TEHNOLOŠKIH PARAMETARA UREðAJA ZA PROČIŠĆAVNJE OTPADNIH VODA Efikas. kg BPk 5 /kg ST d % ST g/l 5 3.3 2-3 B R kgbpk 5 /m3d 0.25 0.5 >3.5 t h ~24 2 0.5 O O 2 2 ~0.7 kgo2/kgbpk 5 kwh/kg BPK 5 0.05 96 1.25 1.04 0.15 92.5 1.25 1.08 >1.0 ~60 2 0.5
Influent UREðAJI ZA PROČIŠĆAVANJE OTPADNIH VODA POSTUPAK S AKTIVNIM MULJEM UZ PRIMARNI TALOŽNIK GFR 1. Gruba i fina rešetka (GFR) 2. Aerirani pjeskolov mastolov(apm) 3. Primarna taložnica (PT) 4. Aeracijski spremnik (AS) 5. Sekundarni taložnik (ST) APM PT AS ST Efluent t=5-30 min η 10 % t=2-3 h η 30 % Povratni mulj t= 10-24 h t= 2-5 h η> 90 % Višak mulja
UREðAJI ZA PROČIŠĆAVANJE OTPADNIH VODA POSTUPAK S AKTIVNIM MULJEM BEZ PRIMARNE TALOŽNICE Influent 1. Gruba i fina rešetka (GFR) 2. Aerirani pjeskolov mastolov(apm) 3. Aeracijski spremnik (AS) 4. Taložnik (T) GFR APM AS T Efluent t=5-30 min η 10 % Povratni mulj t= 10-24 h t= 2-5 h η> 90 % Višak mulja
UKLANJANJE DUŠIKA I FOSFORA IZ OTPADNIH VODA
SPOJEVI DUŠIKA U OTPADNIM VODAMA TN=33.6 mg/l N 2 15.1 mg/l NO 2+3 -N 3.0 mg/l Denitrifikacija NO 2+3 -N 12.6 mg/l NH 4 -N 18.4 mg/l Org-N 12.2 mg/l Redukcija Amonifikacija Precipitacija Nitrifikacija Asimilacija NH 4 -N 1.0 mg/l Org-N 2.3 mg/l Org-N u mulju: 5.9 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 Ulaz vode Denitrifikacija Nitrifikacija Sekundarni taložnik Efluent Interna recirkulacija Povrat mulja Višak mulja
Naknadna denitrifikacija Naknadna aeracija Ulaz vode Nitrifikacija Denitrifikacija Sekundarni taložnik Efluent Povrat mulja Višak mulja
Simultana denitrifikacija Ulaz vode Denitrifikacija Nitrifikacija Sekundarni taložnik Efluent Povrat mulja Višak mulja
Kaskadna denitrifikacija Ulaz vode Efluent D Nitrifikacija D Nitrifikacija Sekundarni taložnik Povrat mulja Višak mulja D = Denitrifikacija
Izmjenična denitrifikacija Ulaz vode Denitrifikacija Sekundarni taložnik Efluent Nitrifikacija Povrat mulja Višak mulja
Denitrifikacija s prekidima Ulaz vode Nitrifikacija ili Denitrifikacija Sekundarni taložnik Efluent Povrat mulja Višak mulja
UKLANJANJE SPOJEVA FOSFORA Fosfor je prisutan u obliku PO 4 3- i Org-P a) Biološko uklanjanje fosfora Temelji se na procesima adsorpcije i ugradnje u biomsu. b) Uklanjanje kemijskim postupcima FeCl 3 + PO 4 3- = FePO 4 +3 Cl -
ULAZNI PODACI ZA DIMENZIONIRANJE UREðAJA ZA PROČIŠĆAVANJE OTPADNIH VODA
KAKVOĆA OTPADNIH VODA
TIPIČNI POKAZATELJI KAKVOĆE KOMUNALNIH OTPADNIH VODA Pokazatelj kakvoće Koncentracija MDK efluenta Protok, Q, m 3 /h Susp. tvar., mg/l 220 30 Vol. susp. tvari., ml/ 10 BPK 5, O 2, mg/l 220 25 KPK, O 2, mg/l 500 125 Tot. N, mg/l 40 10 Org-N, mg/l 15 NH 3 -N, mg/l 25 NO 2 -N, mg/l 0 NO 3 -N, mg/l 0 Tot. P, mg/l 8 2 Org-P, mg/l 3 Anorg-P, mg/l 5 Kloridi, Cl - 50 Alk., CaCO 3,, mg/l 100 Masti i ulja, mg/l 100 Industrijske otpadne vode: KPK, O 2 mg/l 500-10000
WASTEWATER TREATMEN PLANT BJELOVAR The values of COD (mg/l O2) at different treatment steps 800 700 600 C O D, m g / L O 2 500 400 300 200 Ulaz Izlaz A Izlaz B 100 0 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
WASTEWATER FLOW RATE GAREŠNICA 30.8. - 6.9. 2004. 0.05 0.05 0.04 0.04 0.03 Q / m 3 /s 0.03 0.02 0.02 0.01 0.01 0.00 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
Protok/m3/h 600 500 400 300 200 100 0 Dnevne varijacije protoka otpadnih voda Maksimalni satni protok Dnevni prosjek 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Sati
ULAZNI PODACI ZA DIMENZIONIRANJE UREðAJA 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: Q d - Prosječni dnevni protok Q - T,d Prosječni dnevni protok sušno razdoblje Q T,h,max - Maksimalni satni protok sušno razdoblje
Sušni protok: Q t = Q T,d Kišni protok: Q W = 2* Q t OPTEREĆENJE OTPADNIH VODA EKVIVALENTI STANOVNIKA BPK 5 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
PRAVOKUTNI PRELJEV ZA MJERENJE PROTOKA OTPADNE VODE Q = µ lh 2 gh Q = protok m 3 /s L = širina toka, m h = visina toka, m g = 9,81 m/s 2 Shematski prikaz pregradne ploče za mjerenja protoka otpadne vode. Dimenzije su u mm.
Mjerni profil s ultrazvučnim mjeračem razine na glavnom kolektoru otpadnih voda u ðakovu
Lokacija uzorkovanja na glavnom kolektoru otpadnih voda grada ðakova
Mjerni kanal s instaliranim mjeračem razina na izlazu ureñaja za pročišćavanje otpadnih voda grada Križevaca
MJERENJA PROTOKA OTPADNIH VODA Mjerenje protoka otpadnih voda ultrazvučnom sondom primjenjujući Doppler-ov efekt. Area-Velocity Flow Meter h V AVFM
UZIMANJE UZORAKA OTPADNIH VODA
SHEMATSKI PRIKA AUTOMATSKOG UZORKIVAČA OTPADNIH VODA Vacuum Tlak Spremnik za uzorak Kanal
Automatski uzorkivač na ulazu ureñaja 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
1.800 V= f(x) 1.600 1.400 Volumen bazena [m 3 ] 1.200 1.000 800 600 400 200 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Koncentracija mulja [kg/m 3 ]
Koncentracija biomase biomase 3 5 g/l APM AS N/DN T Koncentracija biomase 12 15 g/l APM AS N/DN F F
Spektar filtracije Dissolved salts Colloids Suspended solids Viruses Org. macro. molecules Bacteria Parasites 0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10 100µm polio virus smallest microorganism Cryptosporidium hair Reverse Osmosis Ultrafiltration Sand filtration Nanofiltration Microfiltration
ZW - Shemat ematski prikaz vlakna Filtrat prema gornjem kolektoru Membrana Nosivi sloj Aeracija Mjehuri (za mješanje fluida) Biomasa Veliki mjehuri Difuzor Veliki mjehuri Difuzor Filtrat prema donjem kolektoru
Membrane sa šupljim vlaknima Pločaste membrane
ZeeWeed ZW500 membrane sa šupljim vlaknima 1 Kaseta sa 8 ZeeWeed modula 484 m 2 površine filtracije 6 m Zeno Okvir sa 6 Kaseta - 48 modula 12 m Zeno Okvir sa 12 Kaseta - 96 modula
Dijagram toka Spremnik za protustrujno ispiranje Dotok vode koja se pročišćava Uronjene membrane Bazen sa membranama Čišćenje/Otpad Filtrat Pumpa filtrata
ZenoGem MBR Shema Tretirana voda ZeeWeed Membranski Bioreaktor Fino sito Backpulse spremnik Spremnik aditiva Puhala Otpadni mulj @1.5%-2.0%
UREÐAJ ZA PROÈIŠÆAVANJE OTPADNIH VODA GRADA BJELOVARA Slika 3. Varijanta 1a Stanje 2003. godine 6 8 Mulj 5 2 1 3 7 4 Proèišæena voda Ispust 1. Ulazna graðevina 2. Kišna retencija 3. Upravna zgrada 4. Pjeskolov 5. Prvi biološki stupanj 6. Aeracijski spremnik 7. Taložnici 8. Laguna za mulj
UREÐAJ ZA PROÈIŠÆAVANJE OTPADNIH VODA GRADA BJELOVARA Slika 5. Varijanta 2b i 2c Mulj 6 5 2 1 8 19 10 9 9 3 4 7 Proèišæena voda Ispust 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
UREÐAJ ZA PROÈIŠÆAVANJE OTPADNIH VODA GRADA BJELOVARA Slika 7. Varijanta 6 2d 8 Mulj 5 2 1 3 7 4 Proèišæena voda Ispust 1. Ulazna graðevina 2. Kišna retencija 3. Upravna zgrada 4. Pjeskolov 5. Prvi biološki stupanj 6. Aeracijski spremnik 7. Taložnici 8. Laguna za mulj
KRAJ