Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním...

47
Separace a zpracování kalu Martin Pivokonský, Jana Načeradská 9. přednáška, kurz Znečišťování a ochrana vod Ústav pro životní prostředí PřF UK Ústav pro hydrodynamiku AV ČR, v. v. i.

Transcript of Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním...

Page 1: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

Separace a zpracování kalu Martin Pivokonský, Jana Načeradská 9. přednáška, kurz Znečišťování a ochrana vod Ústav pro životní prostředí PřF UK Ústav pro hydrodynamiku AV ČR, v. v. i.

Page 2: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

Důvody separace aktivovaného kalu od vyčištěné vody:

a) aktivační proces je kontinuální kultivací s recyklací biomasy - AK je nutné separovat a vracet do systému jako inokulum – tzv. vratný kal

b) biomasa rozptýlená ve vyčištěné vodě zhoršuje kvalitu odtoku z čistírny

9. přednáška – Separace kalu

velké, pevné a kompaktní vločky = předpoklad dobrých sedimentačních vlastností kalu

Page 3: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

Kvantifikace a charakterizace separačních vlastnosti kalu:

1. Kalový index specifický objem kalu usazeného po 30 minutách v 1 l odměrném válci vztažený na koncentraci sušiny

Klasifikace AK na základě kalového indexu.

KI = V30/X [ml g-1]

Typ kalu Hodnota KI [ml g-1]

Dobře sedimentující < 100

Lehký 100 – 200

Zbytnělý > 200

V30…objem kalu usazeného po 30 minutách z 1 l aktivační směsi [ml l-1] X…koncentrace aktivovaného kalu [g l-1]

9. přednáška – Separace kalu

Page 4: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

2. Zónová sedimentační rychlost dána rychlostí pohybu rozhraní kal

– supernatant při sedimentačním testu

odečítána z lineární části zahušťovací křivky

Typ kalu Hodnota ZSR [m.h-1]

Dobře sedimentující < 3

Lehký 2 – 3

Zbytnělý > 3

Klasifikace AK na základě zónové sedimentační rychlosti

H

Čas

I – fáze reflokulace agregace mikrovloček do usaditelných útvarů

II – fáze zónové sedimentace AK sedimentuje jako zóna sedimentační rychlost = směrnice přímky proložené křivkou je konstantní a maximální = zónová sedimentační rychlost

IV – fáze kompresní vrstva kalu se zahušťuje v celé výšce sloupce, voda je vytlačována z kalu

zahušťovací křivka

III – deformační fáze sedimentační rychlost klesá, koncentrace kalu v usazené vrstvě se zvyšuje

II I

III IV

9. přednáška – Separace kalu

Page 5: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

Dobře sedimentující kal splňuje: 1) Kritéria KI a ZSR pro dobře sedimentující kal (viz předchozí dvě tabulky) 2) Po sedimentaci zbyde čirý supernatant 3) Kal zaujímá nadměrný objem 4) Odsazený kal nevzplývá po dobu alespoň 1,5 – 2 hod

3. Mikroskopická analýza aktivovaného kalu hodnocení flokulačních a separačních vlastností na základě vlastností

vloček (tvar, velikost, struktura) kvantifikace a identifikace vláknitých mikroorganismů, které jsou

nejčastější příčinou špatných separačních vlastností kalu

Vláknité bytnění kalu Nezávadný kal

9. přednáška – Separace kalu

Page 6: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

Hodnocení četnosti výskytu vláknitých organismů v AK

Dobře sedimentující kal splňuje: Četnost výskytu vláknitých organismů nepřekročí stupeň 2 a 3, ale neměly

by úplně chybět. Sférické vločky s kompaktní strukturou. Mezi vločkami by nemělo být velké množství malých bakteriálních shluků či

jednotlivých buněk – značí nedokonalou flokulaci.

Četnost výskytu Mikroskopický obraz

0 vlákna nejsou přítomna

1 vlákna jsou příležitostně, pouze ve vločkách

2 vlákna přítomna ve větším množství, ne ve všech vločkách vlákna přítomna ve všech vločkách, nízká četnost

3 nízká četnost vláken, 1 – 5 na vločku

4 střední četnost vláken, 5 – 20 na vločku

5 vysoká četnost vláken, > 20 na vločku

6 vizuálně přítomno více vláken než vloček

9. přednáška – Separace kalu

Page 7: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

Separační problémy aktivovaného kalu:

1. Disperzní růst bakterií

2. Tvorba neusaditelných mikrovloček

3. Viskózní (zoogleální bytnění)

4. Vláknité bytnění

5. Tvorba biologické pěny

6. Vzplývání kalu

9. přednáška – Separace kalu

Page 8: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

1) Disperzní růst bakterií bakterie AK nemají schopnost aglomerovat a tvořit usaditelné vločky vyskytují se ve formě dispergovaných shluků či malých shluků, které

následkem své nízké sedimentační rychlosti unikají do odtoku a způsobují zhoršení měřených parametrů a značný zákal

Příčiny: a) technologické parametry procesu

čím menší je stáří AK, tím větší část směsné kultury organismů se nachází v disperzním růstu a netvoří glykokalyx potřebný pro účinnou flokulaci

b) složení a charakter odpadní vody změny teploty, pH, obsahu solí (přechodně špatná flokulace) nedostatek živin (N,P), přítomnost toxických látek (trvale nedostatečná flokulace)

9. přednáška – Separace kalu

Page 9: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

2) Tvorba neusaditelných vloček zvýšený zákal na odtoku z dosazovací nádrže rozdělení aktivační směsi při sedimentaci do dvou částí – velké vločky

dobře sedimentují, malé vločky zůstávající v supernatantu

Příčiny: a) příliš vysoké stáří kalu – nízký přísun substrátu inhibuje produkci

extracelulárních polymerů b) vymizení vláknité populace (tvoří kostru vloček) c) vysoká turbulence vedoucí k mechanickému rozrušování vloček d) působení toxických látek inhibujících syntézu extracelulárních polymerů

9. přednáška – Separace kalu

Page 10: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

3) Viskózní (zoogleální) bytnění způsobeno nadměrnou produkcí extracelulárních biopolymerů (váží vodu

a jsou viskózní) rosolovitý AK, špatně se odvodňuje, při provzdušnění pění Příčiny: a) nedostatek živin b) působením některých toxických látek c) velkým koncentračním gradientem v aktivační systému

4) Vláknité bytnění zvýšení výskytu vláknitých organismů:

1. vysoký kalový index a nízká zónová rychlost 2. zvýšený objem kalu po sedimentaci – spontánní odtok kalu z DN 3. usazený kal je řídký – nelze udržet požadovanou koncentraci biomasy v AN

9. přednáška – Separace kalu

Page 11: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

5) Tvorba biologické pěny Tvorba povrchově aktivních látek (např. extracelulární biopolymery,

syntetické tenzidy) Vzniká v přítomnosti: a) dispergovaných bublin vzduchu b) povrchově aktivních látek c) hydrofóbního materiálu (pěnotvorné mikroorganismy, tuky…)

Problémy: 1. únik pěny mimo AN, zhoršení kvality odtoku z DN 2. zachycení nové biomasy do pěny – ovlivnění účinnosti čištění 3. problémy při vyhnívání kalu (horší odvodnitelnost, nižší tvorba bioplynu)

Aktivovaný kal Odpovídající vzorek biologické pěny

9. přednáška – Separace kalu

Page 12: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

lehká pěna – neakumuluje se, při pohybu hladiny při provzdušňování stabilní pěna – hladina bez pohybu hromadění biomasy vláknitých

mikroorganismů (aktinomycet)

Lehká pěna Stabilní pěna

9. přednáška – Separace kalu

Page 13: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

6) Vzplývání kalu hladina DN je pokryta vrstvou plovoucí biomasy – zhoršená kvalitu odtoku biomasa je k hladině vynesena bublinkami dusíku, který vzniká prostřednictvím

denitrifikačních procesů v kalu u dna na rozdíl od biologické pěny je mikroskopický obraz plovoucí biomasy i aktivační

směsi totožný

Příčiny: a) vysoká koncentrace dusičnanů

na odtoku z aktivace (nedostatečná denitrifikace)

b) dlouhá doba zdržení usazeného kalu v DN

9. přednáška – Separace kalu

Page 14: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

Největší problém = nadměrný výskyt vláknitých mikroorganismů

Dva přístupy k řešení: 1. Preventivní (specifické) metody potlačování růstu založené zejména na

kinetické a metabolické selekci 2. Nápravné (nespecifické) metody omezení důsledku zvýšené

přítomnosti vláken v aktivovaných kalech

Ovlivňování separačních a zahušťovacích vlastností kalu

Microthrix parvicella

9. přednáška – Separace kalu

Page 15: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

Klasifikace vláknitých organismů

4 skupiny: Skupina S (Sphaerotilus) – preferují snadno rozložitelné substráty (sacharidy, nižší mastné kyseliny, alkoholy), střední nebo vyšší stáří kalu, nízká koncentrace rozpuštěného O2, rostou jen za oxických podmínek

Skupina C (Cyanophyceae) – bezbarvé sinice, preferují snadno rozložitelné substráty, střední nebo vyšší stáří kalu, deficit základních nutrientů (N a P) a zvýšenou koncentraci redukovaných forem síry, rostou jen za oxických podmínek

Skupina A (all zones growers) – rostou za všech podmínek (oxie, anoxie, anaerobie)

Skupina F (foam – forming microorganism) – způsobují vznik biologických pěn

9. přednáška – Separace kalu

Page 16: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

Kinetická selekce založena na různé rychlosti využívání biologicky rozložitelných

substrátů vláknitých a vločkovitých mikroorganismů Faktory ovlivňující kinetickou selekci: a) složení odpadních vod – růst vláknitých organismů je podporován lehce

rozložitelnými substráty b) stáří kalu – výskyt některých vláken (pomalu rostoucích organismů) se

eliminuje snížením stáří AK a jejich vyplavením ze systému c) aktuální koncentrace substrátu v reaktoru d) aktuální koncentrace kyslíku – některé vláknité mikroorganismy vykazují

větší afinitu k nízkým koncentracím rozpuštěného kyslíku

Metabolická selekce kompetice mezi různými fyziologickými skupinami založená na

ne/schopnosti využívat substrát v daných podmínkách zejména v systémech biologického odstraňování nutrientů

Preventivní metody

9. přednáška – Separace kalu

Page 17: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

1. Poškozování vláknitých mikroorganismů vláknité mikroorganismy vyčnívají z vloček AK – jsou více vystaveny účinkům

chemikálií než vločkotvorné organismy (uvnitř vloček, chráněny difuzí) dávkování činidla – chlor (případně ozon či peroxid vodíku) do vratného kalu

nebo přímo do AN na základě hodnot kalového indexu. Je nutné dávkovat od nižších koncentrací, při vyšších je třeba kontrolovat

mikroskopický obraz Koncentrace chloru v místě dávkování musí být < 20 mg l-1 Frekvence kontaktu s chlorem 2,5-3 krát denně Může být narušen proces nitrifikace, avšak po skončení chlorace dochází k rychlému

obnovení

Nápravné metody

9. přednáška – Separace kalu

Page 18: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

2. Zatěžování vloček aktivovaného kalu zvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček

(dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

3. Manipulace s vratným kalem zvýšením recirkulačního poměru vratného kalu se zkracuje doba zdržení AK

(možno jen krátkodobě)

4. Likvidace biologické pěny biologická pěna redukována:

a) použitím vodních sprch (ředění) b) mechanickým stíráním c) chlorem (postřik pěny)

9. přednáška – Separace kalu

Page 19: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

Dosazovací nádrže separace biomasy (AK) od vyčištěné odpadní vody Dělení podle způsobu protékání aktivační směsi: Kruhové s horizontálním průtokem (radiální) Pravoúhlé s horizontálním průtokem Nádrže s vertikálním průtokem

9. přednáška – Separace kalu

Page 20: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

Rozpad na mikrovločky

Aktivovaný kal – vstupní

zóna

Spojování mikrovloček

do makrovloček

Sedimentace v dosazovací

nádrži

Flokulace ve flokulační zóně

9. přednáška – Separace kalu

Page 21: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

Stírání a odtah zahuštěného kalu hrabla - kopírují vrstvu kalu kalová jímka v středu nádrže - odtah kalu pod hydrostatickým tlakem)

9. přednáška – Separace kalu

Page 22: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

Odtokový objekt vyčištěné odpadní vody odtokový žlab na obvodu ochrana odtokového žlábku před únikem plovoucí biomasy – norné

stěny, stamfordské stěny

9. přednáška – Separace kalu

Page 23: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

Odstraňování plovoucích látek mechanické odstraňování biologické pěny

zařízení s jímkou po obvodu systém vodních sprch

9. přednáška – Separace kalu

Page 24: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

Pravoúhlé s horizontálním průtokem ▫ vstupní (vtokový systém) objekt ▫ stírání a odtah (vyklízení) zahuštěného kalu ▫ odtokový objekt vyčištěné odpadní vody ▫ zařízení na odstraňování plovoucích látek

Flokulační zóna (pádlová

míchadla) Aktivovaný

kal – vstupní zóna

Usazovací zóna s

pojezdovým mostem

Stírání usazeného

kalu do kalové jímky

9. přednáška – Separace kalu

Page 25: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

Pravoúhlé s vertikálním průtokem

AK stoupá k hladině

Aktivovaný kal – vtokový

válec

AK přepadá pilovým

přepadem do odtokového

žlabu

AK odtéká potrubím

Hydrostatický odvod

usazeného kalu

9. přednáška – Separace kalu

Page 26: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

Gravitační dosazovací nádrže - nevýhody záběr rozsáhlé plochy koncentrace nerozpuštěných látek na odtoku až 10-15 mg l-1 (možnost

patogenních organismů)

účinnost ovlivňována vlastnostmi kalu odtok není vlastnostmi vhodný ke zpětnému využití

Nová technologie = MEMBRÁNOVÁ SEPARACE kombinace konvenčního aktivačního procesu a účinné separace pevné

(aktivovaný kal) a tekuté (vyčištěná odpadní voda) fáze filtrace na přepážce s prvky filtrace objemové nejčastěji mikrofiltrace (póry 0,1-0,5 µm, tlak 0,5 MPa) – zachytí se jemný

písek, částice hlíny, uhelný prach, většina bakterií; projdou viry

9. přednáška – Separace kalu

Page 27: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

Membránová separace Membrány s definovanou velikostí pórů uspořádány: a) do desek sestavovaných do filtračních modulů b) z membrán tvořena dutá vlákna sestavovaná do filtračních modulů Z prostoru za membránou odsáván permeát (část spotřebována na praní membrán)

Dle materiálu: a) polymerní – vrstva z plastu nanesená na nosič (ploché membrány) nebo

přímo extrudované (dutá vlákna) b) anorganické – keramické, uhlíkové

Umístění modulů: a) samostatné kontejnerové jednotky (externí moduly) – aktivační směs

se přečerpává z aktivační nádrže a zpět se vrací zakoncentrovaný kal b) v aktivační nádrži (reaktor s membránovým separátorem kalu) – kal se

nepřečerpává, značná energetická úspora, přebytečný kal se odebírá přímo z nádrže

9. přednáška – Separace kalu

Page 28: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

9. přednáška – Separace kalu

Page 29: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

Výhody: malá zastavěná plocha možnost využití stávajících nádrží na existujících ČOV vysoká kvalita permeátu – možnost zpětného využití (závlahy, mytí,

technologie) kvalita kalu nemá vliv na účinnost separace provoz při vysoké koncentraci biomasy (možnost snižování objemu

nádrží, snížení produkce přebytečného kalu)

Nevýhody: vyšší investiční náklady komplikované strojní vybavení + vyšší provozní náklady vyšší nároky na kvalitu obsluhy a údržby problémy s aerací nebo s tvorbou biologické pěny při vyšších

koncentracích AK nutnost kvalitního předčištění a zajištění rovnoměrného průtoku nutnost pravidelného čištění a regenerace membrán

9. přednáška – Separace kalu

Page 30: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

Využití: pro hustě obydlené a průmyslové zóny v oblastech zdrojů vod při ekonomicky výhodném využití permeátu při využití permeátu při ke krajinotvorným účelům nebo pro dotaci

deficitního zvodnělého podloží při výstavbě ČOV v oblastech s extrémně vysokými cenami pozemků v případě, že je výstavba ČOV limitována velikostí stavební parcely pro ČOV ve specifických podmínkách (např. infekční provozy nemocnic)

9. přednáška – Separace kalu

Page 31: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

Primární kal – nerozpuštěné látky z mechanického stupně čistírny (zachycené v usazovací nádrži), zpravidla zrnitá struktura Sekundární kal – z biologického stupně čistírny (přebytečný aktivovaný kal z dosazovacích nádrží), vločkovitá struktura Surový kal – nezpracovaný, nestabilizovaný kal

9. přednáška – Zpracování čistírenských kalů

Page 32: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

závisí na původu kalu (složení odpadních vod, poměr mezi primárním a sekundárním kalem)

surový kal - poměr organických látek v sušině k anorganickým 2:1 (stabilizací se tento poměr snižuje)

Nežádoucí příměsi:

a) patogenní mikroorganismy

b) toxické chemické látky např. PCB, NL, těžké kovy apod.

ALE!

Kaly jsou bohatým zdrojem organické hmoty, základních živin (zejména N a P) i stopových prvků a mohou zlepšovat fyzikálně-chemické i biologické vlastnosti půd.

Složení kalu

9. přednáška – Zpracování čistírenských kalů

Page 33: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

zahušťování stabilizace, hygienizace odvodňování, vysoušení

Zahušťování

Zpracování kalu

9. přednáška – Zpracování čistírenských kalů

Přebytečný aktivovaný

kal

Míchání s primárním

kalem

Stabilizace Odvodnění

Stabilizovaný hygienizovaný

kal, kalová voda

Hygienizace

Page 34: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

snížení objemu kalu (úspora prostor, financí)

v zahušťovacích nádržích (obdoba usazovacích nádrží) nebo strojově

sedimentace filtrace (sítopásové lisy) odstřeďování (odstředivky) flotace

Zahušťování

9. přednáška – Zpracování čistírenských kalů

Schéma sítopásového lisu

Page 35: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

biologické či fyzikálně-chemické zpracování, které zajišťuje hygienickou nezávadnost a stabilitu kalu vzhledem k jeho dalšímu použití

Stabilizace

9. přednáška – Zpracování čistírenských kalů

Spočívá v redukci: a) přítomnosti patogenních organismů b) rozložitelného organického podílu sušiny kalu Stabilizovaný kal nepodléhá samovolnému rozkladu! Kritéria stability: a) přímá (toxicita, infekčnost, zápach) b) nepřímá (obsah org. látek, produkce bioplynu) c) doplňující (odvodnitelnost, viskozita)

Page 36: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

9. přednáška – Zpracování čistírenských kalů

Základní kritéria Metoda měření

Intenzita zápachu zřeďovací metoda, plynová chromatografie

Ztráta žíháním • Podíl org. látek v celkové sušině kalu vyjádřený v % • Podíl rozložených org. látek jako % celkového obsahu org. látek

Zbytkové snadno rozložitelné organické látky

• BSK5 filtrátu (kapalné fáze) • Rychlost přírůstku CHSK kap. fáze • Rychlost spotřeby O2 • Rychlost produkce CH4 v průběhu anaerob. kultivace

Chemické složení • Koncentrace mastných kyselin v kap. fázi • pH a jeho změny v průběhu skladování • Měření tvorby H2S během skládkování • Koncentrace NO3

Biologická aktivita • Koncentrace ATP • Rychlost produkce bioplynu • Dehydrogenázová aktivita

Mikrobiologická analýza • Stanovení obsahu patogenních organismů • Stanovení jednotlivých skupin mikroorganismů

Metody měření míry stability kalu

Page 37: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

STABILIZACE - metody •Anaerobní stabilizace •Aerobní stabilizace •Chemická stabilizace

9. přednáška – Zpracování čistírenských kalů

Page 38: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

Mikroorganismy rozkládají za anaerobních podmínek biologicky rozložitelnou organickou hmotu produkty:

bioplyn – 60-70 % CH4, 30-40 % CO2, H2S, N2a H2 vyhnilý kal kalová voda

probíhá v metanizačních nádržích výtěžnost bioplynu závisí na poměru primárního a přebytečného

aktivovaného kalu vyšší množství přebytečného aktivovaného kalu = nižší výtěžnosti bioplynu (špatná rozložitelnost buněk mikroorganismů přebytečného aktivovaného kalu) mezofilní a termofilní stabilizace

Anaerobní stabilizace

9. přednáška – Zpracování čistírenských kalů

Parametr [jednotky] Mezofilní stabilizace Termofilní stabilizace

teplota °C 35 – 40 55

doba zdržení dny 20 – 30 15 – 20

zatížení kg.m.-3 d-1 0,5 – 1,5 1 – 2,5

Page 39: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

Hydrolýza – anaerobní bakterie přeměňují makromolekuly (bílkoviny, polysacharidy, tuk, celulózu) pomocí extracelulárních hydrolytických enzymů na nízkomolekulární látky (monosacharidy, aminokyseliny, mastné kyseliny, voda) rozpustné ve vodě

Acidogeneze – rozklad produktů hydrolýzy na jednodušší organické

látky (kyseliny, alkoholy, CO2, H2), závisí na charakteru původního substrátu a podmínkách prostředí nízký parciální tlak H2 – kyselina octová, CO2 a H2 vyšším parciální tlak H2 – vyšší organické kyseliny, kys. mléčná, ethanol apod.

Acetogeneze – oxidace produktů acidogeneze na CO2, H2 a kyselinu octovou

Methanogeneze – methanogenní organismy rozklad kyseliny octové na methan a CO2

tvorba methanu z CO2 a H2

9. přednáška – Zpracování čistírenských kalů

Page 40: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

9. přednáška – Zpracování čistírenských kalů

Jednoduché organické komponenty Cukry, mastné kyseliny, aminokyseliny

Organické kyseliny a alkoholy

H2, CO2

CH4, CO2 Bioplyn

Kyselina octová

Hydrolytické bakterie

Acidogenní bakterie

Acetogenní bakterie

Acidogeneze (tvorba kyselin)

Hydrolýza

Acetogeneze (tvorba kyseliny octové

Metanogenní bakterie Metanogeneze

Komplex organických komponentů Sacharidy, tuky, bílkoviny

Page 41: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

Faktory ovlivňující průběh methanizace: teplota – vytápění nádrží pH – ideálně 6,5 – 7,5 živiny – CHSK : N : P (300 : 6,7 : 1) přítomnost toxických a inhibujících

látek – nejčastěji vyskytující se látky, které mohou ovlivnit nebo zcela zastavit proces, jsou amoniak a mastné kyseliny

Obr. Příklad methanizační nádrže

9. přednáška – Zpracování čistírenských kalů

Page 42: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

1. Stabilizovaný kal nepáchnoucí, dobře odvodnitelný vhodný k použití jako hnojivo přímo anebo po kompostování (nesmí

obsahovat patogenní mikroorganismy, POPs, těžké kovy) kaly nevhodné k použití v zemědělství se skládkují nebo spalují

2. Kalová voda produkt zahuštění a odvodnění kalu vrací do procesu čištění před aktivační nádrž vzhledem k vysokému obsahu dusíku (komplikace při odstraňování

kalu, způsobuje bytnění kalu) je vhodné její samostatné čištění

3. Bioplyn produkce tepla, energie nutné odsíření

(např. sorpce na Fe sorbenty či reakce s alkalickými substancemi)

Produkty

9. přednáška – Zpracování čistírenských kalů

Page 43: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

prodloužená aeraci kalu – oxidace většiny biologicky rozložitelných organických látek na CO2 a H2O a) přímo v aktivaci – prodloužením stáří kalu cca na 20 – 30 dní b) odděleně ve stabilizační nádrži – provzdušňováním přebytečného

aktivovaného kalu autotermní aerobní stabilizace – vlivem intenzivního provzdušňování a rychlé oxidaci organických látek dochází ke zvýšení teploty nad 50°C Podmínky dosažení této teploty: a) dostatečné zahuštění kalu b) vysoký podíl organické sušiny c) dobrá izolace systému d) dostatečné provzdušnění (někdy je třeba použít přímo O2 namísto

vzduchu)

vhodné zejména na malých ČOV

Aerobní stabilizace

9. přednáška – Zpracování čistírenských kalů

Page 44: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

přídavek CaO (pálené vápno), které reaguje s vodou v kalu:

CaO + H2O -> Ca(OH)2+ teplo

+ dosažení pH > 12 po dobu alespoň 2 hodin

inaktivace většiny mikroorganismů zvýšením pH a teploty = stabilizace a hygienizace

dávka CaO se pohybuje mezi 10 – 30% sušiny kalu

Výhody: jednoduchost hygienizační účinek

Nevýhody: zvýšení celkové sušiny kalu uvolňování NH3 v důsledku zvýšení pH

Chemická stabilizace

9. přednáška – Zpracování čistírenských kalů

Page 45: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

zmenšení objemu stabilizovaného kalu – lepší transport, další zpracování, snížení dávek CaO při hygienizaci kalu

základní podmínka pro jeho spalování a) kalová pole plocha s drenážovaným dnem kombinace filtrace a odpařování velké nároky na plochu závislost na klimatických podmínkách

b) mechanické nutný přídavek flokulantu pro zlepšení odvodňovacích vlastností –

dříve soli Al/Fe s vápnem, dnes polymerní organické flokulanty (nižší dávky, vysoká účinnost)

následné použití kalolisů, odstředivek, vakuových filtrů apod.

Odvodnění kalu

9. přednáška – Zpracování čistírenských kalů

Kalové pole

Page 46: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

hygienizovaný kal = kal, který prošel takovou úpravou, že počty indikátorových organismů jsou sníženy na požadovanou hodnotu

Hygienizace kalu nemusí znamenat jeho stabilizaci a naopak stabilizovaný kal nemusí být hygienizovaný!

Metody:

Chemické – vápno, minerální kyseliny,Cl2, O3 Fyzikální – působení teploty, tlaku, radiace, ultrazvuku apod.

Hygienizace může být zařazena:

a) před stabilizací (ultrazvuk)

b) po stabilizaci (sušení, pasterizace, dávkování CaO)

c) hygienizačně působí stabilizace kalu (termofilní aerobní stabilizace, mezofilní a termofilní anaerobní stabilizace)

Hygienizace kalů

9. přednáška – Zpracování čistírenských kalů

Page 47: Separace a zpracování kalu - webzdarmazvyšuje se zónová sedimentační rychlost zvyšováním hmotnosti vloček (dávkováním solí Fe/Al) lze kombinovat se srážením fosfátů

Kal třídy A je aplikovatelný bez omezení! Kal třídy B je aplikovatelný do půdy pouze za vymezených podmínek!

Metody hygienizace kalů zabezpečující třídu A: alkalizace vápnem (pH > 12; 55 °C; 3h) sušení (80°C, sušina nad 90%) aerobní stabilizace termofilní (10 dní, 55 – 60°c)

Metody hygienizace kalů zabezpečující třídu B: anaerobní stabilizace (60 dní při 20°C, do 15-20 dní 35 – 55°C) aerobní stabilizace (60 dní při 40°C nebo 40 dní při 20°C) kalová pole (3 měsíce)

Klasifikace kalů podle obsahu patogenních organismů

9. přednáška – Zpracování čistírenských kalů

Třída A Třída B

Počet termotolerantních koliformních bakterií < 1000.g-1 < 1000.g-1

Počet enterokoků < 1000.g-1 < 1000.g-1

Počet bakterií Salmonella < 3/4.g-1 -