Technologie pro recyklaci vody

Typ procesu

Fyzikálně chemické procesy

Skupina technologií

Chemické procesy

Název procesu

Chemická deemulgace

Popis technologie

Základním postupem při odstraňování ropných látek, tuků a olejů je gravitační separace, kdy dochází k jejich odloučení na hladině vhodného zařízení - odlučovače.
Nicméně působením různých fyzikálních a chemických faktorů (např. přítomností tzv. emulgátorů - povrchově aktivních látek, tenzidů) dochází k tvorbě stabilních emulzí - stavu, kdy jsou ropné látky/tuky/oleje rozptýlené ve vodě ve formě kapének tak malých, že jejich vzestupná rychlost je zanedbatelná. Díky danému stabilizačnímu efektu (např. povrchovému náboji) tyto kapénky nemají tendenci se shlukovat do větších, oddělitelných celků. Na stabilní emulze lze pohlížet jako na koloidní systém, kdy fáze dispergovaná (rozptýlená) ve vodě je kapalná a tvořena částicemi o velikosti cca mezi 1 µm - 1 nm.
V takovém případě je nutné přistoupit k deemulgaci - destabilizaci, rozbití či rozražení emulze. Neexistuje univerzálně použitelný postup, jeho volba vždy záleží na charakteru emulze, především na mechanismu její stabilizace. Rozbití emulze je možné v některých případech docílit mechanickou cestou (v podstatě ultrafiltrací) nebo ohřevem. Pro určité typy emulzí je účinná i adsorpce na adsorbentech na bázi hlinitokřemičitanů. V případě čištění odpadních vod je v současnosti nejrozšířenější chemická cesta.

Chemická deemulgace obnáší přídavek činidel, která eliminují příslušný stabilizační efekt. Může jít o tyto postupy, případně jejich kombinaci:

1. Přídavek anorganické kyseliny
Při tzv. kyselém rozrážení je přídavkem kyseliny (běžně HCl, H₂SO₄) zvýšena koncentrace vodíkových kationtů, které neutralizují náboj emulze. Po separaci kalu je potřeba odpadní vodu zase neutralizovat.

2. Přídavek ve vodě rozpustných železitých či hlinitých solí
Jedná se v podstatě o koagulaci. Ionty Fe³⁺ a Al³⁺ neutralizují náboj emulze, odloučené látky se stávají součástí vzniklého kalu.

3. Přídavek organického deemulgátoru
- Organické deemulgátory jsou organické polymery iontového či neiontového charakteru. Ve srovnání se solemi Fe³⁺ a Al³⁺ je vyzdvihována jejich vyšší účinnost a nižší produkce kalu. V posledních letech jsou často využívány neionogenní emulgátory. Takto stabilizované emulze je třeba destabilizovat právě specifickými organickými deemulgátory. 

Aktuálnost

stávající běžná

Vhodné pro srážkové vody

ne

Typické reaktory a jejich uspořádání

V případě odpadních vod se běžně používá kontinuální uspořádání a dávkováním činidel, mícháním a následnou separací odloučených látek/kalu gravitačně (odlučovače/sedimentace) nebo pomocí flotace (IAF, DAF, elektroflotace). Při proměnlivém složení odpadních vod jsou stále využívány diskontinuální provozy, které  mohou na výkyvy reagovat. Nevýhodou je však náročnost na obsluhu. Optimálním řešením je vždy zařazení homogenizační nádrže. 

Typické schéma

Cílené znečištění

Ropné látky, tuky, oleje v emulgované formě

Typické koncentrace cílového znečištění

desítky až tisíce mg/l

Je třeba zdůraznit, že popsaná technologie je určena pro odpadní vody - tedy emulze ropných látek apod. ve vodě ve stále relativně nízkých koncentracích. Na koncentrované emulze určené k likvidaci (např. řezné, brusné, chladící, ...) je z legislativního hlediska nahlíženo jako nebezpečný odpad a podle toho s nimi musí být nakládáno.

Kritické parametry

Typ a dávka deemulgačního činidla, hodnota pH
Tyto parametry je vždy třeba stanovit experimentálně. Nevhodná volba činidel může vést i ke zhoršení situace.

Dosažitelné koncentrace cílového znečištění

Není relevantní - samotná deemulgace polutant neodstraňuje, pouze usnadňuje/umožňuje odstranění v následujícím stupni.

Hygienizační funkce

ne

Investiční náklady

Pro samotnou deemulgaci nízké, zahrnují především systém dávkování a reakční nádrže.
Významnou položkou je separační stupeň. Záleží na jeho typu: sedimentace, odlučovač (lapák olejů nebo tuků), flotace, nebo jejich kombinace.

Prostorová náročnost

Zastavěná plocha záleží především na typu reaktoru a způsobu separace (např. sedimentace versus flotace).

Bezpečnostní rizika

Používání kyselin či zásad pro úpravu hodnoty pH
Koagulanty jsou korozivní/žíravé.

Energetická náročnost

Dána především čerpáním a mícháním.

Náročnost na obsluhu

Nároky samotné obsluhy jsou nízké, kvalifikace na středoškolské úrovni (laborant) je nutná pro posouzení účinnosti dávek činidel a jejich případnou změnu.

Provozní náklady

Stěžejní podíl na provozních nákladech představují používané chemikálie. Nezanedbatelnou položku může představovat i likvidace vzniklého kalu.

Chemikálie

Kyseliny, hydroxidy
Koagulační činidla: obvykle soli železité (Fe³⁺) a hlinité (Al³⁺), např. Fe₂(SO₄)₃, FeCl₃, AlCl₃
Organické deemulgátory

Měření a regulace

Měření průtoku, hodnoty pH, dávky činidel

Pevné

Vzniklý kal

Vyžadovaná předúprava

Odstranění hrubých nečistot, homogenizace

Vyžadované dočištění

Po deemulgaci musí následovat separace kalu, aby nedocházelo k látkovému přetížení navazujícího stupně, což může být např. biologické čištění.

Typická průmyslová odvětví

Potravinářský průmysl Petrochemický průmysl Metalurgický průmysl

Ecolab Company NALCO Water (2018) The Nalco Water Handbook, Fourth Edition. McGraw-Hill Education
Cheremisinoff, N. P. (2002). Handbook of water and wastewater treatment technologies. Boston, Butterworth-Heinemann.