Závody, továrny a mnoho dalších průmyslových podniků považuje čištění odpadních vod za jeden z prvních úkolů. Bez čištění by odpadní vody již dávno znečistily vodní plochy na Zemi do takové míry, že by lidé byli na pokraji přežití. Zvláštní pozornost je přitom věnována biologické léčbě.
Co je to?
Biologické čištění odpadních vod – vícestupňový postup odstraňování potenciálně nebezpečných látek a činidel z odpadních vod jejich rozkladem pomocí speciálně pěstovaných bakterií a jiných prvoků (jednobuněčných) organismů. Bioléčba – etapa, která nahrazuje mechanické a fyzikálně-chemické metody v celém procesu čištění odpadních vod.
Principem činnosti je štěpení organické hmoty na jednoduché plyny. Jedná se o oxid uhličitý, vodík, oxidy dusíku, amoniak, sirovodík. Organické – hlavně se může vyskytovat metan, metanol, kyselina octová a aceton. Organické látky – tuky, sacharidy, nerozložené bílkoviny – jsou výchozím činidlem, zdrojem výživy (a s ní i energie) pro mikroorganismy využívané jako septické jednobuněčné kultury.
V odtoku je slušné množství aminokyselin, dusičnanů, případně čpavku, jak již bylo zmíněno. Dusík získaný z těchto činidel je prvkem životně důležité činnosti jednobuněčných organismů. Kromě dusíku vylučují bakterie a prvoci z organické hmoty fosfor a draslík.
Se zvýšeným obsahem dusíku, fosforu a draslíku v odpadních vodách se urychluje práce mikroorganismů. Výsledkem je důkladnější čištění.
Hlavní metody
V přírodních (bez účasti procesů vytvořených člověkem) obsahují maloobjemové odpadní vody malou koncentraci emisí, které se časem samy zničí. Významná úroveň rozvoje různých odvětví lidské činnosti operuje s řádově větším objemem odpadních vod, než jaké vytvářelo obyvatelstvo Země ve starověku nebo v pravěku. Existuje několik typů čištění odpadních vod: mechanické, fyzikálně-chemické a biologické.
Mechanická metoda zahrnuje instalaci mřížek, sít, filtrů do systému. Například rošt a síto zachycují velké nečistoty a hrubý písek. Lapač písku je speciální nádrž, ve které se na dně usazuje jemný písek. Filtr je schopen zadržet jíl (suspenze jílu a bahna se usazuje déle než jednu hodinu), rez, nerozpustné soli. Těžce rozpustné soli jsou částečně odstraněny.
Jedním z fyzikálně-chemických poddruhů je lapač tuku. Oleje a tuky jsou lehčí než voda – hromadí se na povrchu a voda vyčištěná z těchto kapiček klesá níže. K odstranění rozpustných solí a části organických látek z odpadních vod se do odpadních vod přidávají činidla – reagují s těmito nečistotami a tvoří nerozpustnou sraženinu. Například pro přeměnu oxidu železa, rozpustného ve vodě, se dále oxiduje (do vody se přivádí vzduch nebo kyslík). Železné železo se změní na rez a vysráží se nebo se odfiltruje. Fyzikálně-chemická metoda zahrnuje i dlouhodobé usazování odpadních vod – jsou z nich odstraněna všechna nerozpustná činidla a mastný film.
Fyzikálně-chemická metoda je také charakterizována elektrolýzou: vodivé soli, kyseliny a zásady, případně obsažené v drénu, reagují s kovy elektrodových mřížek. Promění se v nerozpustné soli a klesnou ke dnu nebo vyplavou nahoru.
Konečně, biočištění vody je selektivní reakce jednobuněčných organismů na určité znečišťující látky. Například geneticky modifikované bacily, což jsou jakési jednobuněčné extrémofily, rozkládají výkaly a moč na jednodušší složky.
Přirozené
K čištění odtoku přirozeným způsobem se využívají přirozené procesy probíhající ve vodě, půdě a rostlinách. Znečišťující činidla jsou jimi vázána, přeměněna nejprve na minerály a poté na jiná, neškodnější analoga, nebo jsou přenesena.
Příkladem je rafinace ropy v oceánském prostředí obsahujícím celou řadu jednobuněčných kultur, které člověk zná.. Podstata procesu je následující: náhodně rozlitá ropa se časem rozkládá a mění se na těkavé a plynné uhlovodíky. Nedostatek – skleníkový efekt, který způsobuje zvýšení průměrné roční teploty po dobu 20 let: metan se rozkládá desetkrát pomaleji než, řekněme, oxid uhličitý přeměňují rostliny na kyslík.
Umělé
To, s čím si příroda nedokázala poradit, nebo by podobný přírodní proces trval tisíce, miliony let, se zpracovává pomocí technologií a zařízení vytvořených lidmi. Úkolem je zavést do odpadních vod speciálně vypěstované mikroorganismy, které zpracovávají tekutý odpad s přístupem kyslíku nebo bez něj. Pro ně je udržována optimální teplota a tlak, blízká zemskému atmosférickému tlaku.
Jaké systémy se používají?
Pro jasnou klasifikaci používají bioremediační systémy navzájem odlišné metody čištění. Odborníci identifikovali několik typů, z nichž každý je vybrán pro konkrétní případ.
Aerobní
Metoda aerobního biologického čištění předpokládá přítomnost mikrobů a prvoků, kteří umírají ve zcela anoxickém prostředí. Reaktor vyrobený ve formě aerotanku je prezentován jako betonový nebo kovový horizontální sud o objemu tuny nebo více. Nedaleko nad jeho dnem jsou vloženy vložky z polymerů, které jsou biologickým základem pro aerobní mikrokultury.
Podél dna hlavně zevnitř vedou trubky s otvory, které přivádějí vzduch vstřikovaný zvenčí do aerotanku. Po získání přístupu ke kyslíku z atmosférického vzduchu mikroorganismy rostou a aktivně se dělí, jejich počet roste exponenciálně.
Oxidace organických zbytků vede k uvolnění významné energie, jejíž část se přemění na teplo.
Aby se zabránilo přehřátí bioreaktoru (při teplotách nad 45 stupňů začíná většina mikroorganismů vymírat), elektronická zařízení, zejména teplotní čidla, sledují stav aerotanku a v případě potřeby se aktivuje systém chlazení nádrže. . Mini verze provzdušňovací nádrže je vhodná pro septik u venkovského domu.
Anaerobní
Metantank se od aerotanku liší těsností – není do něj přiváděn vzduch. Účinek je založen na tom, že zde používané jednobuněčné organismy k rozmnožování a vývoji nepotřebují vzduch, přístup kyslíku. Není nutné regulovat teplotu – proces rozkladu odpadu probíhá bez zvláštní kontroly podmínek, protože se neuvolňuje energie (teplo).. Digestor stojí znatelně níže než provzdušňovací nádrž. Nedostatek – významná produkce metanu: přestože je tento plyn lehčí než vzduch, má tendenci stoupat a unikat trhlinami, v prostorách je umístěna požární signalizace. Obsah 10% metanu ve vzduchu může vést k explozi od sebemenší jiskry.
Bioremediační stanice
Stanice pro biologické čištění odpadních vod je strukturou 4 oddílů. Každá z těchto jednotek systému čistí odpad aktivovaným kalem a kyslíkem. Při protékání odpadních vod těmito odděleními dosahuje úroveň čištění 98 %. Tolik vyčištěný odpad se používá k zavlažování zemědělských plodin.. I přes znatelný počet článků se stanice snadno instaluje. Není tak velký jako aerotank, který často zabírá objem srovnatelný s železniční cisternou. Biočistírna funguje bez odčerpávání odpadních vod, majitel se však nevyhne mytí oddílů vysokotlakým mycím zařízením. Požadovaný model biočisticí stanice se volí podle kapacity zařízení, bez které není efektivní práce vlastníka možná. Nedostatek – vysoké náklady, které mohou dosáhnout milionu rublů.
Bioreaktor s membránami
Provoz této jednotky je založen na biochemickém a membránovém čištění odpadních vod. Jinými slovy, membránový bioreaktor má schopnost filtrovat odpadní vodu v mikroskopickém a aerobním stádiu. Membrána čistí odpadní vodu od nečistot se zvýšenou selektivitou. Použité membrány jsou trubkové, duté vlákno a založené na plochém rámu. Čistič membrán se používá jak v předběžné, tak v konečné fázi čištění.
Předčištění odpadní vody se používá před fází čištění, která se spouští v režimu nanofiltrace a reverzní osmózy, kdy je potřeba z vody odstranit všechny soli.
Biofiltr
Běžná součást venkovské toalety nebo septiku venkovského domu. Biologický filtr je malá nádoba, ve které jsou umístěny čisticí prostředky. Aerobní bakterie mají formu aktivního filmu a podílejí se na biologickém čištění odpadních vod. Filtraci v biofiltru představují kapací a dvoustupňové systémy. První vyniká pouze dobrou kvalitou, druhý má navíc vylepšenou propustnost.
Biofiltr se skládá z pouzdra, systému pro rozvod odpadní vody po povrchu zařízení a systému přívodu vzduchu. Podle principu fungování je biofiltr podobný aerotanku: instalace zadržuje velké nerozpustné inkluze, pak se používají aerobní mikroby. Do biofiltru je přiváděn vzduch, který obohacuje prostředí o kyslík. V kapacích zařízeních neproudí odpadní voda kontinuálním proudem, ale v malých dávkách. Nemá smysl do instalace násilně přivádět kyslík – vzduch se k aerobním mikroorganismům dostává přes pootevřené prostory v nádrži.
Biorybník
V biojezírkách se odpadní voda zbavuje škodlivých a nepotřebných složek. Tato nádrž zabírá řádově více prostoru než kterákoli z výše uvedených instalací. Výhodou způsobu jsou nízké náklady na údržbu a servis po uspořádání takové nádrže. Nedostatek – hloubka větší než metr nedovolí plně bránit, čistit vodu. Malá hloubka umožňuje rychlé ohřátí vody v pěkných dnech mimo sezónu – mikroby začnou biočištění dříve a rychleji.
Aerobní bakterie a prvoci, když teplota vody klesne pod +6 stupňů Celsia, znatelně zpomalí svou životně důležitou činnost. Voda, zmrazení, přestává být čištěna kvůli úplnému zastavení práce mikroorganismů.
Biorybník je zředěn – nádrž je promíchávána s říční vodou díky komunikačnímu kanálu vedenému z řeky. Ve vícestupňovém biojezírku bez ředění přitéká odpadní voda do nádrže až po pečlivém usazení. Několik biologických jezírek lze propojit tak, že voda z předchozího stéká do nejbližšího následujícího po proudu. Čištění odpadních vod v prvním případě bude trvat půl měsíce, ve druhém – asi dvakrát tak dlouho.
Technologický systém
Bioreaktor není omezen na žádné schéma biologického zpracování odpadních vod. To je jen jeden způsob, jak zbavit vodu škodlivých nečistot. Obecné schéma aerobní čistírny zahrnuje několik komponent.
- Kanalizace z podniku komunikuje s původní jímkou. Zde se na dně ukládají velké a nerozpustné složky.
- Odpadní voda, částečně zbavená škodlivých nečistot, je čištěna ve druhém oddělení vzduchem. Vlivem aerobní mikroflóry dochází k rozkladu velkých organických zbytků.
- V posledním oddělení se odtok čistí fyzikálními a chemickými prostředky. Lehké frakce plavou, těžké frakce klesají ke dnu.
- Spodní prostředí má vápnitou vrstvu uměle zasypanou. Vápno reaguje s vysoce aktivními nečistotami.
- Jako poslední se instaluje jemný čistící biofiltr – stupeň čištění odpadních vod dosahuje 99 %.
Anaerobní instalace se vyznačuje jiným schématem.
- Odpadní voda z elektrárny proudí do komory, kde anaerobní bakterie uvolňují metan, oxid uhličitý a sirovodík. Tyto produkty lze přivádět do potrubí – jako zemní plyn se používá metan.
- Fermentovaná konzistence se dostává do sekundární – odstřeďovací – komory, kde se kal zbaví vody. Vyčištěná odpadní voda odtéká do nádrže nebo do řeky.
- Suchý zbytek, zbavený vody pomocí bubnové sušičky, prochází dezinfekcí ultrafialovým zářením, ozonem nebo chlórem a posílá se do zemědělské půdy jako kompost.
Anaerobní čištění probíhá i v těsně uzavřené žumpě. Pokud se bavíme o aerobní jímce, umístí se kolem ní ploty, aby se zabránilo přístupu cizích osob, a nádrž se stává jakousi zónou ochrany vody.
Funkce po ošetření
Kompletně vyčištěná odpadní voda se používá k zavlažování zemědělských plodin nebo je vypouštěna dále do rybích farem, do nejbližší řeky. Pokud chemikálie pro domácnost, které se původně dostaly do kanalizace podniku nebo domácností, nebyly zcela odstraněny, neupravená voda je nebezpečná, je zakázáno ji vypouštět do řek. K tomu je potřeba čištění odpadních vod. Skládá se z několika akcí:
- obsah suspenzí klesá;
- jsou odstraněny zbytky detergentů (povrchově aktivních činidel), obsah inkluzí obsahujících dusík a fosfor je snížen na maximální přípustnou hodnotu;
- voda je provzdušňována a dezinfikována ultrafialovým zářením.
Hluboké čištění zahrnuje použití bioreaktorů s hlubším čisticím médiem. Příkladem je denitrifikace (úplné odstranění vměstků obsahujících dusík z drénu). V závislosti na aktuální situaci dochází k rekonstrukci stávajícího systému bioléčby.
Biočištění odpadních vod je nákladově nejefektivnějším řešením ve srovnání s jinými metodami čištění. Nevyžaduje vzácné komponenty a materiály. Ti, kteří si to přejí, si mohou takovou stanici postavit vlastními silami za použití čisticích prostředků, které jsou komerčně dostupné.
