Ústav technologie vody a prostředí Jan Bartáček D ECENTRALIZOVANÉ ZPRACOVÁNÍ.

Prezentace na téma: "Ústav technologie vody a prostředí Jan Bartáček D ECENTRALIZOVANÉ ZPRACOVÁNÍ."— Transkript prezentace:

1 Ústav technologie vody a prostředí Jan Bartáček jan.bartacek@vscht.cz www.vscht.cz/homepage/tvp/index/studenti/predmety/dzov D ECENTRALIZOVANÉ ZPRACOVÁNÍ ODPADNÍCH VOD Cenné látky v odpadní vodě / Separované čištění proudů vod

2 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí C O LZE RECYKLOVAT Z ODPADNÍCH VOD ( SPLAŠKOVÝCH ) Energie Tepelná Kinetická/Potenciální Chemická Nutrienty Voda 5-2

3 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí O DPADNÍ VODA JAKO ZDROJ Zdroj Energie Zdroj Nutrientů Zdroj Vody „Použitá voda (Used Water)“

4 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí E NERGIE OBSAŽENÁ V ODPADNÍCH VODÁCH Tepelná energie Kinetická a potenciální energie Chemická energie

5 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí T EPELNÁ ENERGIE Možnost použít tepelná čerpadla a výměníky Důležité umístění Za čistírnou – vhodné, pokud je OV dostatečně teplá, nicméně většinou je problematická doprava ke spotřebiteli Před čistírnou – Může být problém s ochlazováním vody a následné pomalé biol. procesy U spotřebitele (decentralizovaně) - nejlepší Nejlépe šedé vody (teplé a zředěné)

6 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí T EPELNÁ ENERGIE Možnost použít tepelná čerpadla a výměníky Důležité umístění

7 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí T EPELNÁ ENERGIE

8 Penzion (Harrachov) Průměrná teplota vstupní vody: 6 °C Byla zvýšena na 25 °C

9 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí T EPELNÁ ENERGIE Umístění ve stoce Schéma zapojení předizolovaného kanalizačního potrubí s integrovaným výměníkem tepla – gravitační systém 1 – vnější plášť z polyetylenu, 2 – tepelná izolace, 3 – kanalizační potrubí (výměník tepla), 4 – odpadní voda, 5 – výstup ohřáté vody z výměníku, 6 – rozdělovací potrubí, 7 – přívod studené vody do výměníku, 8 – tepelné čerpadlo, 9 – výparník, 10 – kondenzátor, 11 – expanzní ventil, 12 – kompresor, 13 – systém vytápění v budově, 14 – oběhové čerpadlo

10 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí P OTENCIÁLNÍ ENERGIE V kanalizaci Na čistírně Potřeba spádu Potřeba velkého průtoku (stovky tisíc EO) V ČR ne příliš využívané

11 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí C HEMICKÁ ENERGIE V ODPADNÍ VODĚ Energie obsažená v organických látkách obsažených v odpadní vodě Nejčastěji vyjadřovaná ve formě chemické spotřeby kyslíku (ChSK v mg/L) Možné zhodnotit převedením na metan 1 kg ChSK ~ 13 MJ (18 kW/1000 EO)

12 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí T OK ENERGIE NA ČOV ČOV 100 000 EO Vstupující voda 1.8 MW Mechanicky předčištěná 0.9 MW Primární kal 0.9 MW Odtok 0.1 MW Přebytečný AK 0.4 MW Primární kal 0.9 MW Tepelné ztráty 0.4 MW Vyhnilý kal 0.7 MW Primární kal 0.6 MW El. energie, 0.2 MW Teplo, 0.2 MW Ztráty, 0.2 MW Spotřeba energie na typické ČOV (100 000 EO) ~ 0.35 MW Odtok 0.1 MW Tepelné ztráty 0.4 MW Vyhnilý kal 0.7 MW Odtok 0.1 MW Tepelné ztráty 0.4 MW Je možné dosáhnout el. soběstačnosti? Usazování Aktivace Anaerobní fermentace Kogenerace

13 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí 5-13

14 S POTŘEBA ENERGIE NA ČOV Kde je možné šetřit?

15 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí S POTŘEBA ENERGIE NA ČOV Spotřeba energie na velkých evropských čistírnách odpadních vod www.veoliavoda.cz

16 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí S POTŘEBA ENERGIE NA ČOV Kde lze šetřit? Menendez a Veatch, 2010

17 R ECYKLACE ENERGIE NA ČOV Kde je možné získat více?

18 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí Z VÝŠENÍ PRODUKCE BIOPLYNU Zvýšení separace org. NL na přítoku Vyšší rozložitelnost než AK Možné s koagulací Nedostatek org. látek pro denitrifikaci (?) Optimalizace anaerobní fermentace Optimalizace míchání Termofilní stabilizace Předúprava (dezintegrace)

19 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí R ECYKLACE ENERGIE Hnědá voda Vakuové toalety (malé naředění) Kuchyňský odpad Složité separovat kuchyňskou OV a světle šedou OV Jednoduché separovat tuhý bio-odpad 5-19

20 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí R ECYKLACE ENERGIE ( HNĚDÁ / ČERNÁ VODA ) Anaerobní fermentace Přeměna organických látek na bioplyn (CH 4 + CO 2 ) Produkce energie Teplo Elektřina (kogenerační jednotky) Pokud možno vyhřívané reaktory (35 °C) Typický zástupce: UASB reaktor

21 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí R ECYKLACE ENERGIE ( HNĚDÁ / ČERNÁ VODA ) Anaerobní fermentace - princip 5-21

22 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí R ECYKLACE ENERGIE ( HNĚDÁ / ČERNÁ VODA ) Anaerobní fermentace - reaktory

23 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí R ECYKLACE ENERGIE ( HNĚDÁ / ČERNÁ VODA ) Anaerobní fermentace x Aerobní čištění 5-23

24 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí R ECYKLACE ENERGIE (BIO- ODPAD ) Anaerobní fermentace Stejný princip jako u OV Potřeba určitá centralizace Především pro menší farmy (30 mil. Aplikací v Číně) 5-24

25 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí R ECYKLACE ENERGIE (BIO- ODPAD ) 5-25

26 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí S NEEK, THE N ETHERLANDS 32 family houses Separation of toilet wastewater

27 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí S NEEK, THE N ETHERLANDS

28 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí R ECYKLACE NUTRIENTŮ (P, N) V centralizovaných systémech Jeden z největších současných problémů (extrémně zvyšuje investiční i provozní náklady) Recyklace se realizuje se pouze prostřednictvím kalů N 20 - 40 % P 90 % 5-28

29 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí R ECYKLACE NUTRIENTŮ (P, N) Možnost využít jako hnojivo Většina obyvatelstva je koncentrována ve městech produkce OV s nutrienty Většinu potravin produkuje venkov spotřeba nutrientů 5-29

30 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí F OSFOR Odhadované světové zásoby fosforu: max. 50 let Cena fosforu rychle stoupá V odpadních vodách: většina jako orthofosforečnany 5-30

31 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí D USÍK 80 % vyrobeného amoniaku – hnojiva 1 % veškeré energie vyrobené lidstvem - výroba NH 3 V odpadních vodách - většina v močovině: Velmi dobře přijatelné rostlinami 5-31

32 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí R ECYKLACE N A P – CENTRÁLNÍ ČOV Problém centralizovaného čištění – naředění Lepší použít oddílnou kanalizaci (bez naředění srážkovou vodou) Akumulace moči a separátní čištění na ČOV (vypouštění v noci, svoz cisternami) Kapalný zahuštěný nebo sušený kal z čištění OV obohacený fosforem je přímo aplikován na pole z biologického nebo chemického odstraňování fosforu Nevýhody: kal může obsahovat i nežádoucí látky cena za transport je vysoká potřeba velkých skladovacích prostor nízká recyklace dusíku požadovaná hygienizace kalu zvyšuje náklady 5-32

33 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí R ECYKLACE N A P – PLNĚ DECENTRALIZOVANÉ KONCEPTY Malý uzavřený koloběh nutrientů lze realizovat jen ve venkovských oblastech při finálním zemědělském použití Potřebná plocha zemědělské půdy : 200 – 500 m 2 /osobu 5-33

34 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí R ECYKLACE N A P A. Z koncentrovaných vod Srážení fosforečnanu vápenatého Přídavek vápna, sedimentace PO 4 3- + Ca(OH) 2 + H 2 O → CaHPO 4 + 3 OH - Srážení struvitu Přídavek Mg 2+ (MgCl 2 ), sedimentace NH 4 + + PO 4 3- + Mg 2+ + 6 H 2 O → MgNH 4 PO 4. 6 H 2 O Destilace/stripování amoniakálního dusíku Prohánění proudem plynu (vzduch, spaliny, …) Energeticky náročné 5-34

35 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí R ECYKLACE N A P B. Z naředěných, předčištěných vod Iontová výměna anex:PO 4 3- ↔ 3 OH - katex (např. přírodní zeolit): NH 4+ ↔ Na + regenerace ionexu – zakoncentrování – např. srážení Membránové technologie (separační) Mikrofiltrace – separace NL, biomasy Ultrafiltrace – separace NL, biomasy Nanofiltrace – separace makromolekul Reversní osmóza – separace iontů Zatím záležitost výzkumu 5-35

36 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí R ECYKLACE N A P B. Z naředěných, předčištěných vod Přenos nutrientů do rostlin Vegetační/kořenové čistírny: mají obvykle malou účinnost N cca 9 %, P cca 7 % Okřehek (duckweed) V sušině 30-40 % proteinů Lze využít ke krmení ryb, domácích zvířat 5-36

37 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí P ŘÍMÉ POUŽITÍ VOD K ZÁVLAHÁM Rozvojové země nečištěné OV, po mechanickém předčištění, po anaerobním čištění Rozvinuté země s nedostatkem vody Vyčištěné vody Např.: 5-37

38 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí P ŘÍMÉ POUŽITÍ VOD K ZÁVLAHÁM Pro Možnost snížit deficit vody, zvýšit zemědělskou produkci, resp. kvalitu krajiny Možnost využití N,P,K Proti Riziko zasolení půd (Na, Se, B) Riziko zbytků léčiv a kosmetických produktů 5-38

39 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí P ŘÍMÉ POUŽITÍ VOD K ZÁVLAHÁM Většina zemí legislativně upravuje pravidla použití OV k závlahám – minimalizace rizik Kvalitativní limity (BSK 5, NL, konc. koliformních baktérií, rozpuštěný kyslík apod.) Agrotechnická pravidla – typy plodin, doba (jak dlouho před sklizní), způsob (povrchové x podpovrchové závlahy) Způsob zabezpečení, skladování vod 5-39

40 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí V YUŽITÍ VYČIŠTĚNÉ ODPADNÍ VODY Užitková voda – požární nádrže, čištění vozovek, splachování WC Infiltrace – doplňování podzemních vod Průmyslové využití – chladicí vody, výroba betonu, … Použití pro rekreaci – rybníky pro vodní sporty, výroba sněhu V budoucnu nevyhnutelný alternativní zdroj pitné vody 4-40

41 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí V YUŽITÍ VYČIŠTĚNÉ ODPADNÍ VODY JAKO PITNÉ VODY Již realita (např. Singapore) Projekt NEWater 4-41

42 Jan Bartáček – Decentralizované zpracování odpadních vod Ústav technologie vody a prostředí K ZAPAMATOVÁNÍ Pro účinnou recyklaci cenných látek je nutná separace proudů OV Hlavní recyklovatelné složky splaškových OV: Energie, Dusík Fosfor Voda 2-42