Odpadních vod je soubor procesů na vyčištění odpadní vody před jejím návratem do přirozeného prostředí, nebo opětovné použití. Odpadní voda je voda, která po svém domácím, komerčním nebo průmyslovém použití může znečišťovat prostředí, ve kterém by mohla být vypouštěna. Z tohoto důvodu se z důvodu ochrany přijímajícího prostředí provádějí ošetření těchto odpadních vod shromážděných městskou nebo soukromou sanitační sítí. Cílem čištění je minimalizovat dopad odpadních vod na životní prostředí . Pokud se upravená voda znovu použije, označuje se to jako recyklace odpadních vod .
Celosvětově je čištění odpadních vod první výzvou pro veřejné zdraví: více než 4 000 dětí do 5 let umírá každý den na průjem související s nedostatečnou úpravou vody a nedostatkem hygieny .
Úpravy lze provádět hromadně v čistírně odpadních vod nebo jednotlivě, toto se nazývá decentralizovaná úprava vody. Nejintenzivnější procesy zpracování fungují podle stejných základních procesů, ale ve způsobu, jakým jsou tyto procesy implementovány, mohou existovat různé stupně rozdílu. Léčba je obecně rozdělena do několika fází.
Existují také takzvané rozsáhlé procesy úpravy, které jsou vhodnější pro snížené zatížení. Rozlišujeme mezi svobodnými kulturami: lagunování ; a fixní kultury: infiltrace - perkolace, vysazený filtr , filtrační močál s vertikálním nebo horizontálním tokem.
Pravěcí muži stavěli své tábory poblíž řek a jezer, voda byla používána jako nápoj, dopravní prostředek, zdroj energie, ale také jako prostředek sanitace .
Během egyptského starověku byl používán písek ; že Minoans z Kréty již měli kanalizace běží na vodě kolem 1600 před naším letopočtem. Tyto Římané postaven trubky, která vypouštěných odpadních a dešťových vod a použitý Fytoremediace s bahenní rostliny pro jejich Cloaca Maxima . Odpadní vodu také používali jako hnojivo.
Ve středověku anarchický rozvoj měst ztěžoval zřizování kanalizačních sítí.
Čištění odpadních vod, které oddělují pevné látky a kapaliny, je historicky nedávné a souvisí s významným populačním růstem ve městech po průmyslové revoluci . Rozklad organické hmoty byl studován ve 20. letech 20. století, což umožnilo vyvinout biologické čištění . Kapaliny jsou dekontaminovány a znovu použity a zbývající kal spálen nebo zakopán. Sanitace vyžaduje komplexní infrastrukturu a velké množství vody.
Předčištění se skládá ze tří hlavních stupňů, které umožňují odstranit z vody prvky, které by interferovaly s následujícími stupni úpravy. Všechny čistírny odpadních vod nemusí být nutně vybaveny všemi třemi, zevšeobecňuje se pouze třídění, ostatní jsou odstraňování štěrku a odstraňování oleje.
Screening a prosévání pomůže odstranění vody odpadní nerozpustné, jako jsou větve, plastu, hygienické vložky, atd Jelikož tento odpad nelze eliminovat biologickým nebo fyzikálně-chemickým zpracováním, je proto nutné jej odstraňovat mechanicky. K tomu odpadní voda prochází jednou nebo více mřížkami, jejichž síť je stále těsnější. Obvykle jsou vybaveny automatickými čisticími systémy, které zabraňují ucpávání a také zabraňují poruše čerpadla (v případě čerpacího systému).
Odstranění písku umožňuje tím, usazováním , odstranit písek smíchané ve vodě odtoku nebo podané erozí z trubek . Pokud by tento materiál nebyl odstraněn, usadil by se dále, což by narušilo provoz stanice a způsobilo by rychlejší opotřebení mechanických součástí, jako jsou čerpadla . Vytěžené písky je možné před skládkováním promýt, aby se omezilo procento organické hmoty, její degradace způsobující pachy a mechanická nestabilita materiálu.
Obecně se k odstranění olejů používá princip „flotace rozpuštěného vzduchu“. Jeho princip je založen na vstřikování jemných vzduchových bublin do odolejovací nádrže, což umožňuje rychlému růstu tuku na povrch (tuk je hydrofobní). Jejich odstranění se pak provádí seškrábáním povrchu. Je důležité co nejvíce omezit množství tuku v konstrukcích po proudu, aby se zabránilo například ucpání konstrukcí, zejména trubek. Jejich odstranění je rovněž zásadní pro omezení problémů s vypouštěním mastných částic, obtíží s usazováním nebo poruch výměny plynů.
Odstraňování písku a odstraňování oleje se nejčastěji provádí ve stejné struktuře: znečištěná voda se pohybuje pomalu, zatímco písky se usazují na dně, mastnota stoupá na povrch.
Odolejování koalescencí umožňuje výjimečnou úroveň odolejování .
V čištění odpadních vod je primární čištění jednoduché usazování, které odstraňuje většinu suspendovaných látek. Právě tyto materiály jsou původem oblačnosti odpadních vod.
Operace se provádí v usazovacích nádržích, jejichž velikost závisí na typu zařízení a objemu upravené vody. Stejným způsobem závisí doba zdržení odpadních vod v této nádrži na množství eliminovaného materiálu a na kapacitě zařízení k jejich eliminaci.
Usaditelnost hmoty v rybníku je určena Mohlmanovým indexem . Tento index se stanoví každý den ve velkých čistírnách odpadních vod, aby se ověřilo správné fungování systému.
Na konci tohoto ošetření dekantace vody umožnila odstranit přibližně 60% suspendované látky, přibližně 30% biologické spotřeby kyslíku (BSK) a 30% chemické spotřeby kyslíku (COD). Tato část odstraněného BOD byla indukována nerozpuštěnými látkami. Organická dávka zbývající k ošetření se odpovídajícím způsobem sníží.
Odstraněná hmota tvoří na dně usazovací nádrže kalové lože zvané „ primární kal “.
Primární čištění odpadních vod z domácností má tendenci mizet ve Francii s generalizací sekundárního čištění aktivovaným kalem, který již zahrnuje fázi usazování. To platí zejména v případě, kdy jsou odpadní vody pravidelně ředěny dešťovou vodou, a proto jsou méně nastavitelné. Je tedy ekonomičtější obejít se bez primární léčby a předimenzovat sekundární léčbu.
Sekundární zpracování se nejčastěji provádí biologicky, ale může ho nahradit nebo k němu přidat častěji fyzikálně-chemická cesta, která podporuje flokulaci a koagulaci kalu nebo umožňuje například fixaci fosforečnanů .
Různé způsoby léčby jsou:
Zpracování organických sloučenin Nejjednodušší biologické zpracování spočívá v eliminaci organických sloučenin, jako jsou cukry , tuky a bílkoviny, které jsou škodlivé pro životní prostředí, protože jejich rozklad zahrnuje spotřebu dioxygenu rozpuštěného ve vodě, přičemž je to nezbytné pro přežití vodních živočichů. Zátěž organických znečišťujících látek se běžně měří pomocí BOD5 ( biologická (nebo biochemická) spotřeba kyslíku po dobu pěti dnů) nebo chemická spotřeba kyslíku (COD). Bakterie odpovědné za degradaci organických sloučenin jsou heterotrofní . Aby se urychlila degradace organických sloučenin, musí být kyslík uměle dodáván do odpadních vod. Nitrifikace Pokud biologické reaktory umožňují dostatečnou dobu kontaktu mezi odpadními vodami a bakteriemi , je možné dosáhnout druhého stupně čištění: nitrifikace . Jedná se o oxidaci amoniaku na dusitany a poté na dusičnany nitrifikačními bakteriemi. Amoniak je jed pro faunu ryb. Nitrifikační bakterie jsou autotrofní (samy fixují uhlík nezbytný pro jejich růst v CO 2vzduch). Rostou tedy mnohem pomaleji než heterotrofní . Čistírna odpadních vod musí nejprve nitrifikovat organické sloučeniny. (Viz také: Cyklus dusíku ) Denitrifikace Třetí volitelný krok spočívá v denitrifikaci (nebo denitraci) dusičnanů, které jsou výsledkem nitrifikace. Tato transformace může být provedena čerpáním části vody naplněné dusičnany na konci biologického čištění a smícháním s přívodní vodou na hlavě čištění. Denitrifikace probíhá v anoxickém reaktoru za přítomnosti organických sloučenin a dusičnanů. Dusičnany se redukují na dusík (N 2 ), který uniká do vzduchu. Dusičnany jsou živiny, které jsou původcem invaze řas v určitých mořích, zejména v Severním moři. Denitrifikace se obvykle provádí na malých čistírnách odpadních vod ve stejné pánvi jako nitrifikace pomocí synchronizace (zastavení provzdušňování, fáze anoxie ). Tato fáze má tendenci být zobecněna na ochranu přírodního prostředí.Kombinuje provzdušňování a směšování vody, ale také sekundární usazování (nazývané také čiření ).
Z tohoto posledního prvku je vyčištěná voda vyřazena (s výjimkou možného terciárního čištění) a usazený kal je vrácen většinou do provzdušňovací nádrže, přičemž přebytečná část je směrována do konkrétního okruhu nebo skladu.
Sekundární zpracování může zahrnovat fáze anoxie (nebo části rozdělené na anoxii), která umožňuje degradaci dusičnanů .
Aby se omezila ekotoxicita vypouštění odpadních vod, je na stanicích s více než 10 000 ekvivalenty obyvatel obecně vyžadováno čištění fosforem. Může být požadováno na menších čistírnách odpadních vod v závislosti na citlivosti přijímajícího prostředí. Geologické zdroje fosforu byly nadměrně využívány a jeho obnova začíná být také ekonomickým a průmyslovým problémem.
Možných je pět typů léčby:
Hledání efektivnějších prostředků a nejlepších podmínek prostředí (ideální koncentrace, rychlost rozpuštěného plynu, teplota, pH atd. ) Pokračuje například s možností studia adsorpce na biopolymerech , biomateriálech , materiálech s biologickou inspirací . forma hydrogelů , jako je chitosanový hydrogel v mikrokuličkách .
Terciární léčba se ne vždy provádí. Je určen ke zlepšení účinnosti zpracování suspendovaných látek, fosforu nebo dokonce patogenů. Tato ošetření se používají například v případě zvláště citlivých přijímacích médií.
Na výstupu z nádrží , další usazování je někdy používán. Ty se usazují flokulací díky vstřikování polymerů nebo koagulačních solí. Filtry se také běžně používají pro různé úrovně filtrace (mikro, ultra nebo nano).
Některé typy terciárního ošetření se zaměřují na další odstraňování dusíku nebo fosforu.
Znečištění dusíkem se vyskytuje ve formách:
Eliminace fosforu ( defosfatace ) se provádí buď chemickým procesem, nebo biologickým procesem:
Tento krok umožňuje snížit počet bakterií, a tedy patogenních zárodků přítomných v upravené vodě. Může být požadováno jako součást plánu rozvoje a řízení vod a / nebo k ochraně vody ke koupání (ve sladké vodě nebo na moři), povodí pitné vody nebo oblasti pěstování měkkýšů , oblasti citlivé na dusičnany, fosfor a eutrofizaci. Toto čištění lze provádět jako terciární čištění chlorací , ozonizací , UV úpravou nebo pro malé kapacity čistíren odpadních vod pískovou filtrací (křemičitý písek a specifická velikost částic). Terciární lagunování odpadních vod ve vegetačních vypouštěcích zónách (ZRV) není ve Francii dosud legálně uznáno jako prvek čištění (ve smyslu vyhlášky z 21. července 2015), ale pracuje na hodnocení jejich vlastností z hlediska bakteriální redukce nebo určitých mikropolutantů jsou studovány. V těchto oblastech mohou sluneční UV paprsky a ekosystém pomoci snížit počet patogenních bakterií, které jsou v toku stále přítomny.
Dezinfekce se ve Francii zřídka používá na výstupu z čistírny odpadních vod, protože v této zemi voda zřídka chybí a francouzské předpisy ji nepodporují, čištěná odpadní voda nepodléhá ve Francii okamžitému opětovnému použití v zemědělství nebo pro pitnou vodu.
Na světě by v roce 2017 bylo znovu použito přibližně 7 miliard m 3 vyčištěné odpadní vody; Podle Juan Ochoa (odborné a inovační centrum Veolia Water) tvoří Francie pouze 0,1% tohoto objemu, což je 50krát méně než ve Španělsku, Itálii nebo Izraeli.
Na trhu existuje celá řada systémů. Tradiční princip dezinfekce UV zářením spočívá v vystavení vody, která má být upravena, zdroji UV záření průchodem kanálem obsahujícím řadu ponořených lamp. V posledních letech jsme také našli, zejména pro malé čistírny odpadních vod, systém založený na reaktorech s jednou lampou, který nabízí výhody z hlediska nákladů na údržbu a provoz.
Terciární léčba zahrnuje jeden nebo více z následujících procesů:
Přírodní lagunové systémy (případně terciární, to znamená instalované pouze na výstupu z čistírny odpadních vod) umožňují čištění organického znečištění a případně rafinaci před vypuštěním do přírodního prostředí.
Pokud není dostatek prostoru pro lagunování, vertikální systémy přizpůsobené relativně malému množství špinavé vody, jako je Freewaterbox (vyvinutý ve Francii společností Ennesys), kombinují bakteriální digestor a řasový fotobioreaktor obsahující kultury mikrořas vybraných pro čištění šedé vody a produkci organických sloučenin ( biostimulanty ) v přístupu k oběhové ekonomice .
Výše uvedené procesy úpravy neumožňují odstranění mikropolutantů z upravené vody. Mikropolutanty se používají k označení stopových sloučenin přítomných ve vodě ve velmi nízkých koncentracích (řádově mikrogramů nebo nanogramů na litr) a které i v nepatrných koncentracích mohou mít škodlivý účinek na vodní organismy. Například: rezidua drog, hormony, pesticidy nebo dokonce kosmetika.
Ve Švýcarsku, po vstupu v platnost v roce 2015 úpravy federálního zákona a nařízení o ochraně vody, které stanoví povinnou eliminaci nejméně 80% mikropolutantů na výstupu z čištění, bylo zahájeno mnoho pilotních projektů otestovat techniky odstraňování mikropolutantů.
Byly vybrány dvě metody léčby:
Dávka CAP asi 18 mg / l nebo ozonizace na 0,6 , aby 1,0 g O 3 / g DOC jsou nutné pro odstranění mikropolutantů. Nevýhodou ozonizace je tvorba někdy nežádoucích produktů oxidace, jako je bromičnan . Možné koncentrace vyplývající z ozonizace závisí na vlastnostech upravené vody.
Čistírenský kal (městský nebo průmyslový) je hlavní odpad produkovaný čistírnou odpadních vod z kapalných odpadů. Hlavním zpracováním kalu je dehydratace . Tato dehydratace může být provedena centrifugací , filtračním lisem , filtrem pásového filtru, elektro-dehydratací, sušicí vrstvou osázenou rákosím, solárním sušením. Umožňuje snížit koncentraci vody v kalu.
Vzhledem k jejich toxicitě nebo stupni neškodnosti pro životní prostředí se kal poté skladuje nebo spaluje ve spalovnách.
Kal může být použit k výrobě bioplynu (metan), za použití digestoře v anaerobním .
Mezi často se vyskytující potíže patří
Je to nejčastěji kvůli nežádoucím bakteriím, které způsobují jev známý jako bobtnání kalu . To je způsobeno množením určitých druhů bakterií, z nichž nejčastěji Microthrix parvicella , po příliš náhlém přílivu organických látek a / nebo dešťové vody a odtoku, nebo dokonce v důsledku příchodu složek bránících reprodukci nebo životu jiné bakterie.
Provoz konvenční čistírny aktivovaného kalu je založen na principu výroby zbytkového kalu a usazování . Podle průzkumu, který se týkal 370 čistíren aktivovaného kalu s nízkým zatížením, byly v roce 2010 problémy s usazováním stále „velkým problémem pro 30% zařízení menších než 250 000 pe a pro 50% těch, kteří se zabývají více. Alespoň jedna dysfunkce ze tří je způsobena nadměrným vývojem vláknitých bakterií “ (fenomén bobtnání kalu ). „Vysoká míra organického zatížení byla identifikována jako jeden z faktorů upřednostňujících dysfunkce“ . Přídavek solí kovů pro defosforizaci odpadních vod pomáhá omezit výskyt těchto poruch.
Provozovatelé se někdy snaží najít odbytiště pro znečištěný kal, který musí být poté uložen na skládku nebo spálen.
Mezi problémy, s nimiž se setkáváme při dekontaminaci vody, jsou nepříjemné pachy z kalů a čerpacích stanic, které jsou považovány za nepříjemné postižení místních obyvatel.
K omezení těchto nepříjemných pachů existují tři různé typy úpravy: fyzikálně-chemické, biologické a adsorpcí na aktivním uhlí.