Technologie pro recyklaci vody

Typ procesu

Biologické procesy

Skupina technologií

Biofilmové reaktory

Název procesu

Aerobní systémy s granulovanou biomasou (NEREDA®)

Popis technologie

Biologická oxidace především biologicky rozložitelných organických látek a redukovaných forem dusíku (N_amon) prostřednictvím směsné kultury mikroorganismů (bakterie, houby, prvoci atd.) přítomných v biofilmové kultuře narůstající v granulích, tj. bez inertního nosiče.

Oxidace N_amon probíhá v procesu nitrifikace, tj. biologická oxidace na dusičnany s dusitany jako meziproduktem. V aerobním prostředí se oxidují i další redukované polutanty. Např. sulfidy se oxidují na sírany.

Proces probíhá za přístupu vzduchu, typické koncentrace rozpuštěného kyslíku se pohybují mezi 0,5 a 2 mg/l. Vyšší koncentrace kyslíku (do 2 mg/l) je nutná, pokud je požadována účinná oxidace N_amon. Pokud je hlavním cílem odstranit N, je proces primárně řízen na základě požadované účinnosti odstranění N.

Odstranění N-NO₃^- probíhá v procesu denitrifikace, tj. heterotrofní redukce dusičnanů (a dusitanů) v anoxickém prostředí (tj. bez přístupu vzduchu). Protože je nutná současná oxidace organických látek na CO₂ (heterotrofní proces), předřazuje se denitrifikace před nitrifikaci, nebo se dávkuje organický substrát do denitrifikační fáze.

Biologické odstraňování fosforu se zajišťuje předřazením anaerobní fáze, kde se nevyskytuje rozpuštěný kyslík ani oxidované formy dusíku. Fosfor je nejprve masivně uvolňován v anaerobní fázi při procesu akumulace organické hmoty, následně zpětně akumulován do biomasy kalu v aerobní zóně. Akumulovaný fosfor je ze systému odtahován spolu s přebytečným kalem. Proces vyžaduje dostatečnou koncentraci organických látek v anaerobní (An) zóně. U vod s nízkým poměrem BSK/P je třeba zajistit, aby se v An zóně nevyskytovaly dusičnany. Anaerobní fáze se zařazuje i pokud není vyžadováno odstranění P, protože růst poly-P bakterií podporuje tvorbu granulí.

Aktuálnost

stávající high-tech

Vhodné pro srážkové vody

Ne

Typické reaktory a jejich uspořádání

Zdola protékané kolony naplněné aerobní granulovanou biomasou pracující v režimu SBR.

Typické schéma

Cílené znečištění

Organické látky (ChSK_Cr, BSK₅)

N_celk

P_celk

Typické koncentrace cílového znečištění

ChSK_Cr: 100 - 1500 mg/l

BSK₅: do 1000 mg/l

N_amon: do 100 mg/l, možné i v g/l

P_celk: jednotky až desítky mg/l

Organické látky i N_amon se mohou vyskytovat i v podstatně vyšších koncentracích, pokud čištění probíhá v ideálně míchaném reaktoru. Limitem pak je především poměr ChSK:RAS, popř. N_amon:RAS. RAS ve vlastním reaktoru nesmějí přesáhnout inhibiční koncentrace (desítky g/l)

Kritické parametry

Hydraulická doba zdržení 5 - 15 h

Typické zatížení BSK₅: 1,6 kg/m³/d

Typické zatížení N_celk: 0,5 kg/m³/d

Inhibiční vlivy

Obecně toxické látky, např. těžké kovy řádově v desetinách mg/l.

pH je potřeba udržovat v rozmezí 7,0 - 8,0

RAS inhibují proces v koncentracích vyšších než cca 10 g/l.

Další relevantní parametry

Obecně rychlost biologických procesů se snižuje s teplotou. Teplota pod 12 °C je považována za nedostatečnou pro nitrifikaci, oxidace organických látek probíhá běžně do 5 °C.

Teplota nad 25 °C je problematická vzhledem k nízké rozpustnosti kyslíku ve vodě.

Pro růst bakterií aktivovaného kalu je vyžadováno 0,09 - 0,12 g N/g NL_zž a 0,01 - 0,03 g P/g NL_zž. V aktivaci se dá očekávat v rámci inkorporace do biomasy odstranění cca 0,07 - 0,13 g N/g ChSK a 0,10 - 0,15 g P/g ChSK. Požadavky na nutrienty klesají s rostoucím stářím kalu.

Dosažitelné koncentrace cílového znečištění

ChSK_Cr: v desítkách mg/l (u velmi nízko zatížených systémů i jednotky mg/l)

BSK₅: v jednotkách mg/l

N_amon: v jednotkách mg/l

N_celk: 5 - 10 mg/l

NL₁₀₅: 5 mg/l

<0,5 mg/l P_celk.

Hygienizační funkce

Částečná - Patogenní organismy většinou v podmínkách aktivačního procesu nepřežívají.

Investiční náklady

Jde o patentovanou technologii, kde je zásadní položkou duševní vlastnictví. Zatím je drahá a špatně dostupná aerobní granulovaná biomasa.

Prostorová náročnost

Podstatně kompaktnější technologie než klasická aktivace, která navíc nevyžaduje velké dosazovací nádrže (oproti klasické aktivaci se uvádí cca 2/3 ušetření v ploše celé čistírny).

Bezpečnostní rizika

Odpadní voda je hygienicky závadný materiál, hygienicky závadné jsou i případné aerosoly, odpady (přebytečný kal) a vyčištěná voda.

Pokud se dodává methanol jako externí substrát, jde o manipulace s velmi nebezpečným jedem.

Energetická náročnost

Cca 0,2 kW/m³ vody.

Náročnost na obsluhu

Obsluha je podobně náročná jako u aktivace, za předpokladu sofistikovaného řídícího systému a dohledu ze strany dodavatele.

Provozní náklady

Zatím není dostatek zkušeností.

Chemikálie

Žádné externí chemikálie, pokud není vyžadováno srážení fosforu (např. FeCl atd.).

Měření a regulace

Vysoké nároky na přesné měření a řízení (hladiny, průtoky, formy N, DO). Řídící systém musí být integrální součástí dodávky.

Plynné

Skleníkové plyny: CO₂ cca 0,5 kg/kg ChSK (vzhledem původu nezvyšuje uhlíkovou stopu), N₂O.

Kapalné

Pouze odtok

Pevné

Přebytečný granulovaný kal vysoké ceny (většinou dobře prodejný).

Vyžadovaná předúprava

Odstranění hrubých nečistot: Hrubé a jemné česle, lapák písku, v některých konfiguracích vyrovnávací nádrž.

Vyžadované dočištění

Zbytkové koncentrace fosforu lze dále snížit (desetiny mg/l) následným srážením (Fe³⁺, Al³⁺).

Pokud je voda dále recyklována, je nutné dokonalejší odstranění NL a dezinfekce, popř. i odstranění mikropolutantů (např. ozonizace-sorpce).

Typická průmyslová odvětví

Potravinářský průmysl Chemický průmysl Farmaceutický průmysl Městské odpadní vody Skládkové výluhy Papírenský průmysl

Tchobanoglous, G., et al. (2014). Wastewater engineering: treatment and resource recovery. New York, NY, McGraw-Hill Education.

Cheremisinoff, N. P. (2002). Handbook of water and wastewater treatment technologies. Boston, Butterworth-Heinemann.

Firemní materiály HASKONINGDHV NEDERLAND B.V.