Odstranění organických látek z vody: Přehled technologií a metod

Vážení zákazníci, na této stránce jsme pro Vás připravili souhrnný popis technologií úpravy vody, technologií čištění odpadních vod a terminologii. Jsme specializovaná společnost, která poskytuje komplexní řešení v oblasti filtrace, čištění vody a úpravy vody. Pro jakýkoliv dotaz nás neváhejte kontaktovat.

Úprava vody: Základní principy a technologie

Úprava vody je proces, který zajišťuje, že voda je vhodná pro daný účel. Čistá voda je definována jako voda, která prošla případně procesem úpravy a vyhovuje stanoveným požadavkům. Ty upravuje Vyhláška 252/2004 Sb. také stanovuje nejnižší a mezní koncentrace a hraniční hodnoty jednotlivých vlastností vzorků vod. Užitková voda je někdy také rozčleněna na vodu užitkovou a provozní.

Koagulace a flokulace

Chemický (fyzikálně chemický) proces, při kterém je do vody dávkovaný koagulant (chemická látka na bázi železa nebo hliníku, nejčastěji FeCl3, Fe2(SO4)3, AL2(SO4)3 nebo polyaluminium chlorid) a dochází ke koagulaci + flokulaci nečistot ve vodě. Koagulací (čiřením) se z vody odstraňují koloidní látky anorganického a organického původu. Cílem tohoto technologického postupu je vytvořit takové podmínky, aby se nečistoty přítomné ve vodě převedly do separovatelné formy, větších celků, které lze z vody odstranit například sedimentací či filtrací (tzv. koagulační filtrace).

Koagulace spočívá v dávkování solí železa nebo hliníku, koagulantů, které hydrolýzou poskytují hydroxid železitý nebo hlinitý. Na jeho povrchu pak dochází k adsorpci iontů a vznikají tak například kladně nabité produkty částečné hydrolýzy železité či hlinité soli a sorbovaných iontů železa a hliníku, které koagulují, popřípadě reagují s nečistotami koloidní povahy ve vodě se záporným elektrickým nábojem. Produktem koagulace a flokulace (proces, při němž se srážejí vzniklé částice koagulace na větší grupy) jsou separovatelné částice - vločky, které se mohou odstranit sedimentací nebo filtrací. Pro zvýšení účinnosti flokulace se často užívá chemický přípravek, tzv. polyflokulant, nebo též pomocný flokulant, který zvyšuje účinnost tvorby vloček. U malých úpraven vod je využívaná filtrace vloček (např.

Filtrace

Filtrace je separační metoda oddělení pevné, nerozpuštěné fáze od fáze kapalné (vody). V technologii vod to můžou být různé hrubé mechanické nečistoty typu zbytky potravin, listí, kamenů, ale i vyflokulovaných vloček po čiření, sraženin po redox reakcích (oxidačně-redukčních reakcích) až po mikrobakteriální a viroidní znečištění. Prostá (Koláčová) filtrace - větší než přibližně 1μm, často viditelné pouhým okem (kvasinky, mouka, sraženiny atd.). V praxi se používá náplň písku o různé zrnitosti nebo granulované aktivní uhlí, které je dobré i na odfiltrování zápachu ve vodě, chloru a některých organických látek. Mikrofiltrace - přibližně od 0,1μm do 1μm (pigmenty, bakterie, asbest). Ultrafiltrace - přibližně od 3 nm do 0,1 μm (bílkoviny, viry, želatina).

Čtěte také: Jak vyčistit prostředí od organických látek

Filtrace je metoda dělení pevné látky od kapaliny či plynu na porézní přepážce - filtru. Tekutina filtrem protéká, zatímco pevné částice filtr zachycuje. vytvářejí vrstvu zvanou filtrační koláč.

Jedním z malých zařízení, které dokonale pročistí vodu je kartridžový filtr s náplní aktivního uhlí. Tento dokonale odstraní z vody chlor, stopy těžkých kovů, organické látky, upraví chuť a odstraní zápach. Jeho velikost umožňuje instalaci přímo na přívod studené vody k baterii, ať v kuchyni, nebo v koupelně. Filtr tak upraví veškerou studenou vodu. Speciální filtry, které najdou uplatnění, jak už název sám napovídá, pod dřezem. Tyto filtry s aktivním uhlím se využívají především na vstupu do objektu a v případě vyšším nároku na objem upravené vody, nebo v případě, že je voda vice znečištěna. Automatické filtry jsou však určené také pro dechloraci vody. Pro případnou potřebu následné hygienizace vody je automatický filtr instalován s postchlorací nebo s UV zářičem.

Dezinfekce vody

Obecně proces, při kterém se chemickou, fyzikálně-chemickou nebo fyzikální metodou separují nebo zahubí patogenní mikroorganismy a viry ve vodách. Právě mikrobakteriální a virové znečištění vod je nejčastější příčinnou vzniku „nemocí z vody“. Ve většině případů jsou „nemoci z vody“ způsobené mikrobakteriálním znečištěním vody, menšinové procento je způsobeno viry nebo chemickými polutanty (znečišťujícími látkami), které jsou často kumulativní a projevují se negativně na lidském organismu až po dlouhé době expozice (pití). Na této myšlence je založená velká část outdoorových úpraven vod a definice pojmu „bezpečná voda“.

Voda se zde primárně dezinfikuje (oprošťuje) od mikrobakteriálního znečištění. Chemické znečištění není tak přísně sledované, jelikož jeho koncentrace ve většině případů není nebezpečná pro lidský organismus. Je to dáno i tím, že vybrané sledované chemické látky do sebe dostáváme i prostým dýcháním nebo potravinami. Nejčastější způsob dezinfekce vody je prostřednictvím dávkování chemických látek na bázi chlóru (NaClO, chloramin, oxid chloričitý), ultrafialového zářením skrze UV lampu nebo například ozonizací. Ozón se připravuje ze vzdušného kyslíku nebo čistého kyslíku elektrickým výbojem při vysokém napětí. Ozón (O3) má energeticky bohaté molekuly a může se rychle rozkládat za odštěpení kyslíku. Vznikající kyslík ve stavu zrodu má pak značnou oxidační účinnost.

Principem úpravy vody je v případě ozonizace silná oxidace, kterou lze účinně využít pro dezinfekci vody, zlepšení senzorických vlastností, odbarvování vody, odželeznění nebo odmanganování a k oxidaci některých toxických a radioaktivních látek.

Čtěte také: Rozměry a typy hadic

Velmi účinný způsob dezinfekce, při kterém nevznikají toxické chlorované produkty. Navíc lze odstranit i problematické mikropolutanty (léčiva, hormony, pesticidy). Populární a velmi účinný způsob dezinfekce, využívající germicidní účinky UV-C záření (o vlnové délce < 280 nm), který téměř neprodukuje toxické produkty. Široce rozšířený postup dezinfekce používaný pro všechny druhy vod. Výhodou je, že se nepracuje s toxickým plynem a vzniká méně toxických chloračních produktů. Klasický a široce rozšířený postup desinfekce plynným chlorem (Cl2) používaný pro všechny druhy vod.

Reverzní osmóza

Reverzní osmóza - je oddělení části roztoku z jeho druhé části pomocí uplatňování tlaku na polopropustnou membránu. Během procesu reverzní osmózy jsou z roztoku odstraněny iontové, organické a rozpuštěné látky. Na rozdíl od obyčejné filtrace, membránová filtrace funguje na principu "crossflow filtration". Vstupní roztok (obecně vstupní voda) se pomocí RO membrány rozděluje na 2 průtoky, permeát a koncentrát a shromažďují se po obou stranách RO membrány. Polopropustná RO membrána, když na ni působí dostatečný tlak, umožňuje propouštění očištěné vody (permeát), ale odmítá propouštět rozpuštěné látky, které se koncentrují v "koncentrátu". Systém používá speciální namotané RO membrány se speciálním designem pro turbulentní tok roztoku (vody). Tyto membrány akumulují očištěnou vodu, která prošla skrz membránu, ve vnitřní trubce pro permeát.

Vstupní roztok prochází skrz vyměnitelný mechanický filtr s porozitou 5 mikronů, který absorbuje hrubé nečistoty. Takto filtrována voda proudí do vstupního solenoidového ventilu, který se otevírá, když je systém puštěný, a umožňuje dodávku vody na vstup vysokotlakového čerpadla. Když je RO systém vypnut, tento solenoidový ventil se automatický uzavírá a zamezuje neturbulentním tokům v membránách, což se negativně projevuje na životnosti RO membrán. Vysokotlakové čerpadlo tlačí vstupní vodu do membrán reverzní osmózy, které jsou uspořádány v paralelní kombinaci. Směr toku vody je vždy zobrazen pomocí šipky na kalichu každé membrány. Voda se rozděluje pomocí membrán na dva průtoky: permeát (očištěná voda) a koncentrát (koncentrovaná nebo "špinavá voda"). Permeát z každé membrány se shromažďuje do jednoho průtoku a proudí přes měřič průtoku vody do výstupu z RO stanice.

Permeát musí být akumulován v netlakovém akumulačním tanku. Permeát může mít menší zpětný tlak, ale tento zpětný tlak nesmí být nikdy vyšší než závěrečný tlak koncentrátu. Vždy musíme počítat s tím, že zpětný tlak na výstupu permeátu způsobuje snížení výkonu celé RO stanice a taky kvalitu výstupní vody. Kvalita výstupní vody (permeátu) vždy záleží na kvalitě vstupní vody a zpravidla se popisuje jako odstranění MgSO4 96-98%. Po výstupu z membrány koncentrát proudí do kontrolního centru průtoku (rozvod Koncentrát / recyklát). V tomto místě ventil recyklátu pouští určité množství koncentrátu zpět na vstup do vysokotlakového čerpadla, umožňuje použití části koncentrátu znovu. Taková recyklace hodně zvyšuje celkovou výtěžnost systému (až do 75%). Nastavitelný ventil koncentrátu reguluje množství proudění koncentrátu do odpadu, kontroluje pracovní tlak v celém RO systému a taky pomáhá kontrolovat výtěžnost. Další solenoidový ventil, který je namontován paralelně s ventilem koncentrátu, je určen pro automatický proplach RO membrán a je řízen mikroprocesorem.

Další metody úpravy vody

• Ionexy: Slouží k zachycování rozpuštěných látek v ionizovaném stavu, nesoucích kladný nebo záporný náboj.
• Adsorpce: Dochází k zachycení rozpuštěného znečištění na povrchu pevné látky - tzv. adsorbentu, což je obecně látka s velkým specifickým povrchem.
• Destilace: Proces, při němž jsou složky roztoku odděleny odpařením a následnou kondenzací.
• Elektrokoagulace: Účinek totožný jako koagulace, vlivem anodového rozpouštění železných a/nebo hliníkových elektrod způsobeném průchodem elektrického proudu nastává koagulační účinek.
• Elektroflotace: Využívá stoupavých účinků jemných bublinek plynu objemem flotované nádrže. Díky elektrolýze vody dochází k vývinu bublinek vodíku a kyslíku, které mají v průměru jen 50 až 70 µm.
• Extrakce: Proces, při kterém se vstupní voda intenzivně míchá se vhodným rozpouštědlem (extrahovadlem, extrakčním činidlem), do kterého separovaný polutant přechází.

Čištění odpadních vod: Moderní technologie a postupy

Podstatou biologického čištění odpadních vod je urychlení samočisticích pochodů, které probíhají i ve volné přírodě v povrchových vodách. V umělých podmínkách se snažíme o vytvoření optimálních podmínek pro život a rozvoj mikroorganismů, jež rozkládají rozpuštěné a suspendované organické látky v odpadních vodách. Mikroorganismy se nevznášejí separátně ve vodě, nýbrž se shlukují na vločkách kalu nebo pokrývají povrch pevné látky. Velkou část rozpuštěných a koloidních organických látek převedou mikroorganismy do nerozpuštěné a usaditelné formy, tedy kalu. Kal je tvořený sedimentovanými, z velké části odumřelými, mikroorganismy a ostatními látkami. Biologické čištění odpadních vod probíhá v anaerobním nebo aerobním prostředí.

Čtěte také: Doporučení pro ekologické nádobí

Aktivační čištění odpadních vod

Odpadní voda zbavená mechanických nečistot, případně i bez předcházejícího stupně usazení, se intenzivně míchá za současného provzdušňování (vhánění vzduchu skrze aerační elementy nebo mechanickým rozstřikováním vody). Před prvním uvedením nové ČOV tohoto typu do provozu je vhodné navést oživený kal, tzv. očkovací kal, většinou z jiné ČOV. Proces aktivace tak proběhne rychle. Postup „očkování“ není nezbytný, urychlí však vývoj mikroorganismů v aktivaci a tím i zkrátí dobu čekání na plný výkon biologické ČOV (dále jen BČOV). Voda z aktivační nádrže odtéká do dosazovací nádrže, odtud odsazená a vyčištěná voda odtéká z BČOV. Oživený vločkový kal ze dna dosazovací nádrže je vracen zpět do aktivační nádrže. Aktivační čištění odpadních vod v BČOV je v dnešní době nejrozšířenější technologií čištění.

Biofiltry

Typ biologického čištění odpadních vod, při němž jsou mikroorganismy přisedlé na pevném podkladu a odebírají nečistoty z vody. Odpadní voda před vstupem na biologický filtr musí být zbavena mechanických nečistot, důležité je také dobré provzdušnění jejich náplně. Název filtr (biofiltr) není zcela správný, jelikož nejde o filtraci, nýbrž pouze o průtok hrubě pórovitým prostředím. Mikroorganismy vytvoří na povrchu náplně (podkladu) biologický povlak, jehož tloušťka se s přísunem živin v odpadní vodě a přísunem nutrientů, postupně zvětšuje.

Kořenové čistírny

Typ biologického čištění odpadních vod, ve kterém není čistící proces realizován mikroorganismy, nýbrž rostlinami. Jedná se o vodní a bahenní rostliny, které vyrůstají nad vodní hladinu, zatímco jejich kořeny jsou trvale zaplaveny vodou. Nadzemní část, tělo rostliny, dopravuje kyslík do kořenové části, kde jej uvolňuje. V našich klimatických podmínkách (ČR) se využívají většinou rostliny rákosí a orobince. Principem této metody čištění je biologický i částečně mechanický záchyt nečistot v kořenové části rostlin, mezi kterými horizontálně protéká již předem mechanicky vyčištěná odpadní voda.

Anaerobní a aerobní procesy

Principem této metody čištění odpadních vod je odbourávání nečistot zajišťované aerobní mikroorganismy, které jsou přisedlé na substrátu a přes které odpadní voda protéká. Metody nejsou závislé na přívodu elektrické energie a nárocích na obsluhu. Anaerobní pochody jsou mnohem pomalejší než aerobní, probíhají za nepřítomnosti kyslíku a jsou mnohem energeticky úspornější. Mikroorganismy účastnící se anaerobních pochodů žijí v prostředí bez přístupu kyslíku a energii získávají přímo z organických látek v odpadní vodě. Při anaerobních procesech přechází přibližně 95% uhlíku ze substrátu do bioplynu a 5% do biomasy, při aerobních procesech je tato situace odlišná, přibližně 50% uhlíku jde do biomasy a 50% uhlíku zoxiduje do formy CO2. Anaerobní procesy probíhají běžně v přírodě, například v bažinách nebo rašeliništích.

Fotokatalýza: Budoucnost čištění odpadních vod

Odpadní vody obsahují velké množství antibiotik. Badatelé z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského Akademie věd ČR s Jiřím Rathouským v čele nyní přicházejí s novým nápadem, jak je účinněji odstranit. Využívají k tomu sílu světla - fotokatalýzu. V odpadních vodách se nachází široké spektrum zdraví škodlivých polutantů, které z nich nelze odstranit, a vracejí se tak do přírody. Velmi nebezpečnými znečišťujícími látkami jsou právě zbytková léčiva, zejména antibiotika.

Na stále naléhavější výzvu zareagoval vědecký tým vedený Jiřím Rathouským z Centra pro inovace v oboru nanomateriálů a nanotechnologií, jež je součástí Ústavu fyzikální chemie J. Výzkumníci pátrali, jak na antibiotika vyzrát a dostat je pryč z odpadních vod. Na rozdíl od věhlasného skotského bakteriologa však jejich objev nebyl náhodný. Na pomoc si přizvali zdatnou pomocnici - fotokatalýzu. Pro fotokatalýzu jsou stěžejní dvě „přísady“ - světlo a fotokatalyzátor. Obvykle se využívá ultrafialové nebo viditelné záření. Díky pohlcenému světlu umožňuje fotokatalyzátor rozklad organických škodlivin, aniž by se sám spotřebovával.

Je důležité nanést ho na vhodné nosiče, jako jsou sklo, nerezová ocel, skelná tkanina či porézní keramika, aby se s ním snadněji manipulovalo. I na tom vědci pracují. „Když se fotokatalyzátor vystaví fotonům s dostatečnou energií, vzniknou v jeho struktuře kladné a záporné náboje, které nastartují tvorbu velmi reaktivních kyslíkatých částic. Ty pak rozkládají organické molekuly na oxid uhličitý, vodu a minerální kyseliny, což odborně označujeme jako mineralizace kontaminantů,“ vysvětluje Jiří Rathouský podstatu heterogenní fotokatalýzy. Při čištění vody od antibiotik se nejčastěji využívá oxid titaničitý. Je levný, netoxický a velmi dobře účinkuje při ultrafialovém záření.

Metoda skýtá několik výhod. Je šetrná k životnímu prostředí, především proto, že pro její fungování není třeba přidávat další chemikálie. Výsledná reakce vede k úplnému rozkladu znečišťujících látek, nejen k jejich přesunu například do kalu nebo do dalšího odpadu, jako je tomu u jiných metod. Navíc některým fotokatalyzátorům stačí k aktivaci pouhé sluneční záření.

Nejsou to jen antibiotika, která odpadní vody znečišťují. Nachází se zde rozmanitý koktejl látek, takzvaných mikropolutantů, které se dají jen obtížně odstranit. Nebezpečné jsou třeba endokrinní disruptory. Ve vodě se vyskytují ve velmi nízkých koncentracích, přesto jsou stále biologicky aktivní a negativně působí na živé organismy. Dobrou zprávou je, že i tyto nebezpečné látky se pomocí fotokatalýzy dají z odpadních vod odstranit.

Závěr

Znečištění vodních zdrojů jak přírodními organickými látkami, tak antropogenními mikropolutanty je celosvětovým problémem s významným dopadem na upravitelnost vody a kvalitu pitné vody.

tags: #odstranění #organických #látek #z #vody

Oblíbené příspěvky:

• Zebřička v přirozeném prostředí
• Rostliny Mexika
• Charakteristika kytovců
• Nápady pro družinové aktivity s recyklací
• Rizika a metody obcházení emisí