výtah z přednášek

cip: kov je vázán pevnou vazbou v chelátu a nedává běžné reakce (nesráží se), komplexon 3 (Chelaton 3)
50. Ionexy-druhy,výměnná schopnost,regenerace
-iontová výměna je technologie používaná k odstraňování iontů z vody (změkčování, odstranění těžkých kovů), pro velké objemy vody s relativně nízkou koncentrací iontů
-měniče iontů = vysokomolekulární látky nesoucí na svém skeletu disociovatelné funkční skupiny, disociace=uvolnění protiiontů, anorganické-přírodní reolity, organické-syntetické (SO3H)
-druhy: a) katexy =protiiontem je kationt (nabitý kladně, H+ ,Na+),silně kyselé-funkční skupina SO3H a SO3Na, pracují v H+ nebo Na+ cyklu, účinné v celém rozsahu pH, slabě kyselé-funkční skupina COOH, pracují v H+ cyklu, účinná jen v alkalických roztocích, b) anexy =protiiontem je aniont (nabitý záporně, OH-,Cl-), silně zásadité- funkční skupina CH3N, pracují v OH- nebo Cl- cyklu,celý rozsah pH, slabě zásadité-funkční skupina NH3OH, pracují jen v OH- cyklu, jen v kyselém prostředí
-rovnováha: K = c(I-…K+)*c(H+)/c(I-…H+)*c(K+), c-látkové koncentrace iontů na katexu
-afinita iontů vůči ionexu: roste s nábojem iontu, při stejném náboji roste s poloměrem iontu
-výměnná schopnost = počet molů el. nábojů nesených ionty vyměněnými v 1 l ionexu
-regenerace: stejné děje jako při výměně,ale opačným směrem, vysoká koncentrace protiiontů v regeneračním roztoku, roztoky pro regeneraci: katexy v H+ cyklu→HCl, anexy v OH- cyk.→NaOH, ionexy v Na+ nebo Cl- cyk.→NaCl
-pracovní cyklus: proces realizován v koloně, 1.výměna iontů, 2.praní vodou, 3.regenerace konexi, 4.vymytí regeneračního činidla
51. Použití ionexů ve vodním hospodářství
-použití většinou v koloně, kterou protéká voda
-pracují ve fázích: výměna iontů (filtrační rychlost 5-10 m/h), praní ionexu vodou, regenerace ionexu, vymytí regeneračního činidla, obchodní názvy: Lewatit, Amberlite, Ostion, Wofatit
a) změkčování vody = snižování koncentrace vápníku a hořčíku, pro odstranění se používá silně kyselý katex v Na cyklu, regenerace se provádí roztokem NaCl
-výměna probíhá dle rovnice: 2 (I-…Na+) + Ca2+ = 2 (I-…Ca2+) + 2 Na+
-zbytková koncentrace c (Ca+Mg) bývá v jednostupňovém procesu pod 0,025 mmol/l
b) deionizace vody (alternativa destilace): silně kyselý katex v H+ cyklu (výměna kationů), slabě zásaditý anex v OH- cyklu (výměna Cl-,SO42-)
c) čištění některých OV: s obsahem těžkých kovů, podmínka nízký stupeň znečištění (oplach. vody)
Okru 3-čištění komunálních odpadních vod
52. Antropogenní vlivy na kvalitu přírodních vod
-lidé svojí činností ovlivňují životní prostředí včetně přírodních vod (regulace vodních toků, výstavba umělých nádrží,meliorace), přímo je kvalita ovlivněna plošnými a bodovými zdroji znečištění
-na kvalitu podzemních vod má vliv zejména zemědělská činnost (výskyt dusičnanů- přehnojování půdy dusíkatými hnojivy, používání pesticidů - toxické působení na organizmy), ropné havárie, znečištění silnými kyselinami (při těžbě uranové rudy)
-sanace kontaminované podzemní vody je velice nákladná a náročná
-povrchové vody: a) plošné znečištění – srážkové vody z ovzduší obohacené o kontaminanty, látky vyplavované z půdy, b) bodové znečištění – odpadní vody odváděné veřejnými kanalizacemi z obcí, průmyslové a zemědělské závody,vypouštění OV přímo do vodních recipientů
53. Zdroje odpadních vod,složení městských OV
-voda se nazývá odpadní,pokud změní svoje vlastnosti, dělí se na: splaškové (z bytů a domů,školy, restaurace,hotely), průmyslové (z prům. závodů, výroben, zemědělství, 80-100% z vod splaškových), srážkové (závisí na odvodňované ploše,kvalitě povrchu a intenzitě) a balastní (voda z podzemních netěsností), veřejné kanalizace pro OV: oddílné (dešťová zvlášť) a jednotné (všechny dohromady)
-městské: složení je určeno složením jednotlivých částí: a)splaškové- 100 až 150 l/obyv/den včetně bytové vybavenosti, b)průmyslové-do veřejné kanalizace, c)srážkové-rozhodující pro dimenzování, d)balastní- netěsnost potrubí, vlivem průmyslového znečištění dochází ke zvýšení koncentrace některých látek, naopak balastní vody zřeďují
54. Splaškové odpadní vody
-původ látek: pitná voda (anorg. soli Na,K,Ca,Mg,Cl,SO4,HCO3), produkty metabolizmu (exkrementy, močovina), produkty lidské činnosti v domácnostech (zbytky jídla, saponáty)
-při produkci 150 l/ob/den: BSK5 - 400 mg/l, NL 350 mg/l (70% org., 70% usaditelné), RL 800 mg/l (40% org.), z org. látek tři skupiny: proteiny (bílkoviny), sacharidy, lipidy (tuky), významná je produkce močoviny (obsahuje 45% dusíku): NH2.CO.NH2 + H2O = CO2 + 2 NH3, poměr CHSKCr : BSK5 = 2:1,významný je obsah HCO3-, pH 7-8, teplota ovlivňuje rychlost biochemických reakcí
-N,P,S: N-dusičnany (Norg-močovina, NO3-z pitné vody,NO2-meziprodukt rozkladu), P-fosforečnany (Porg-nukleonové kyseliny,PO4-produkt rozkladu, polyfosfáty-prací prostředky), S-sírany (Sorg-aminokyseliny, SO4-z pitné vody, S2-redukcí síranů)
55. Průmyslové odpadní vody
-obsahují: OV sociální (od zaměstnanců, z kuchyně a jídelny), dešťové z areálu závodu, chladící (významný podíl, málo znečištěné-recirkulace), technologické (nejvýznamnější,dle druhu výroby)
-je třeba posoudit, zda neobsahují v nepřípustných koncentracích látky toxické,hořlavé,výbušné i jinak škodlivé, povolené množství stanovuje správce kanalizačního řádu
-pro posouzení org. znečištění je zaveden pojem populační ekvivalent ( vypuštěná voda obsahuje X kg BSK5 za den → PE = 1000*X/60, znečištění vyjádřené počtem hypotetických obyvatel)
-některé OV obsahují org. látky, které jsou toxické, ale biologicky rozložitelné (fenoly)
-běžnou složkou jsou ropné látky, zdrojem je petrochemický a strojní průmysl, autoopravny
-tenzidy = z pracích prostředků, tvoří detergenty (obsahují aktivační přísady,plnidla,barviva, parfémy, bělící prostředky), nadměrné koncentrace toxických látek musí být odstraněny, těžké kovy: z  povrchové úpravy kovů, kožedělný průmysl, nabíjecí stanic akumulátorů
-nesmí být příliš kyselé nebo alkalické, pH 6-8,5
56. Požadavky na kvalitu vypouštěných odpad.vod
-Nařízení vlády ČR č.61/2003 Sb.→Kanalizační řád-určuje limity: množství (průtok), kvalita (koncentrace mg/l,vzorky bodové x slévané), bilance znečištění (t/r, kg/d)
-kritéria pro stanovení limitů: koroze a zanášení kanalizace,ohrožení pracovníků kanalizace a ČOV, kapacita ČOV,vliv na čistící účinek ČOV,vliv na kvalitu kalů, vliv na vodní recipient
-zákaz: toxické,hořlavé,výbušné,radioaktivní,korozivní, biologicky nerozložitelné org. látky
-škodlivé látky: org-ropné látky, fenoly,tenzidy, anorg-těžké kovy,kyanidy,soli, přípustné pH 6-8,5
-vliv OV na vodní recipient: zanášení koryta řek suspendovanými usaditelnými látkami, estetické a organoleptické závady (zápach,hrubé nečistoty), vyčerpání rozpuštěného kyslíku (rozkladem), hygienické závady (patogenní organizmy), kontaminace vody toxickými látkami, způsobování eutrofizace (N,P), zvyšování solnosti, zvyšování teploty
57. Koncepce čištění městských OV
-čistírny MOV dělíme na mechanicko biologické a biologické, mechanickou část tvoří usazovací nádrže (usaditelné látky), biologickou část tvoří biologický stupeň, budování dešťových zdrží při velkém dešti (za hrubým předčištěním, je to nádrž)
-snížení: koncentrace suspendovaných látek, koncentrace org. biologicky rozložitelných látek, eutrofizačních prvků (N,P), počet patogenních organizmů, toxických a škodlivých látek
-schema: hrubé předčištění →↑dešť.zdrž, →1.stupeň mechanický (usazovací nádrž)→2.stupeň biologický (biologické čištění)→recipient (od hrubého-odpad dolů shrabky,písek, z 1 a 2 dolů primární kal→kalové hospodářství, z kal.hosp.-kalová voda před usazovací nádrž)
-hrubé předčištění: lapák štěrku,česle,lapák písku,lapák tuku, mechanický: sedimentační nádrž, biologický: aktivační nádrž,skrápěné biologické kolony,dosazovací nádrž
-kalové hospodářství: zahušťovací nádrž, stabilizace kalu,vyhnívací nádrž,plynojem,generátor
58. Princip biologického čištění OV v aerobních podmínkách
-pro biologické čištění se využívá činnosti mikroorganizmů (bakterií),které tvoří biomasu, na jejímž povrchu se adsorbují jemně suspendované a koloidní látky, rozkladnými procesy získávají bakterie energii
-v aerobních podmínkách je rozkládána org. hmota OV a dochází k oxidaci amoniaku na dusičnany, pro účinné odstranění dusíku je vhodné zařadit anoxický reaktor, pro zvýšené odstranění fosforu anaerobní reaktor
-biologické systémy: nízko, středně a vysoko zatěžované (z hlediska odstranění org. látek)
-srovnání: aerobní-rychlejší (menší objem reaktorů),menší závislost na teplotě,lepší kvality odtoku, větší energetická náročnost
-technologicky: přirozené, umělé (s biomasou ve vznosu, s biomasou přisedlou na pevném nosiči- zkrápěné biologické kolony, rotační diskové reaktory)
-schema: org.hmota + biogenní prvky + mikroorganizmy + kyslík | disimilace (oxidace) → CO2 + H2O + NH3 + energie | asimilace (syntéza) → nové buňky + zásobní látky ↑ endogenní metabolizmus, do prava: exogenní
59. Kultivace mikroorganizmů v kontinuálním systému
-změna koncentrace organizmů v objemové jednotce reaktoru:
a) růstem a rozmnožováním: dX/dt = μ*x, b) úbytek odumíráním: -dX/dt = kb*X, c) úbytek odtokem z reaktoru: -dX/dt = Q*X/V = D*X V-objem reaktoru (m3), Q-průtok reaktorem (m3/h), D-zřeďovací rychlost (h-1), kb-konstanta odumírání mikroorganizmů
-výsledná změna v objemové jednotce reaktoru: dX/dt = μ*X - kb*X - D*X, v ustáleném stavu
dX/dt = 0, μ= kb+D
-autoregulace systému: výchozí stav- μ1,D1,X1,S1, stav po změně- μ2,D2,X2,S2, při zvýšení průtoku: D2>D1, X2S1, μ2> μ1, ustaví se nová rovnováha ve smyslu rovnice μ= kb+D, analogická situace s opačnými hodnotami je při snížení průtoku, zřeďovací rychlost lze zvyšovat k hodnotě Dmax = μmax- kb, další zvýšení by vyplavilo organizmy ze systému
60. Aktivace – princip
-princip spočívá ve vytvoření aktivovaného kalu v provzdušňované aktivační nádrži
-aktivovaný kal = směsná kultura mikroorganizmů (bakterií) agregovaná bioflokulací
-bioflokulace = shlukování bakterií do vloček (zbytnění buněčné blány polymery-polysacharidy), dochází k ní při provzdušňování OV obsahující aerobní bakterie, velikost vloček 50-200 μm
-procesy: rozklad org. látek, adsorpce látek na aktivovaný kal
-základní uspořádání: aktivace sestává z aerované nádrže,v níž dochází k čištění OV za produkce aktivovaného kalu → z AN odtéká směs OV a aktivovaného kalu do DN,v níž se obě složky oddělí sedimentací→ vyčištěná voda odtéká a zahuštěný kal je vracen do AN
-aerobní bakterie potřebují k životu kyslík, proto musí být neustále vháněn (provzdušňování)
61. Aktivace – technologické parametry
a) koncentrace suspendovaných látek aktivovaného kalu X (kg/m3): hodnotí se průměrná koncentrace a koncentrace na odtoku do dosazovací nádrže
b) doba zdržení tOV: tOV = V/Q (h)
c) objemové zatížení Bv: hmotnostní množství org. látek přivedené do objemové jednotky AN za
časovou jednotku, Bv = Q*So/V (kg BSK5/m3/den)
d) zatížení kalu Bx: totéž co Bv, ale vztažené k jednotkovému množství aktivovaného kalu v AN
Bx = Q*So/V*X = Bv/X (kg BSK5/kg/den)
e) stáří kalu tsk (dny): průměrná doba,po kterou zůstává kal v biologickém systému
tsk = X´*V/ Xr*Qp+X2*(Q-Qp) X´-proměnná koncentrace kalu, Xr-koncentrace přebytečného kalu, X2-koncentrace NL na odtoku, Qp-průtok přebytečného kalu
f)čistící účinnost: E= (So-S2/So)*100 (%), S2-koncentrace znečištění v odtoku dle BSK5 (g/m3)
-podle zatížení: hlavní rozdíl- nízkozatěžovaná aktivace produkuje aerobně stabilizovaný kal
62. Technologické modifikace aktivace
-podle způsobu provozu: směšovací (testovaná látka se objeví v odtoku neprodleně po přidání) a s postupným tokem (testovaná látka se objeví po určité době v závislosti na době zdržení)
-směšovací: realizována dokonale promíchávanou nádrží, OV a vratný kal jsou promíseny v celém objemu, s postupným tokem: dlouhé koryto s malým průtočným profilem, OV se mísí s vratným kalem na začátku nádrže
-varianty: aktivace postupně zatěžovaná, aktivace s regenerací vratného kalu, oběhová aktivace, oxidační příkop, domovní ČOV (mechanický stupeň-aktivační nádrž-dosazovací nádrž)
-podmínky provozu AN: aktivovaný kal (vracení z DN), koncentrace O2, kvalita OV (organické látky, biogenní prvky BSK5:N:P = 100:5:1, nepřítomnost toxických látek)
63. Aktivovaný kal, bytnění
-aktivovaný kal = směsná kultura mikroorganizmů (bakterií) agregovaná bioflokulací
-významnou vlastností je kromě biochemické aktivity i sedimentační schopnost→kalový index (ml/g) KI = Vk/X Vk-objem aktivovaného kalu,který se usadí z 1 l aktivační směsi po 0,5 h sedimentaci v Imhoffově kuželu, X-koncentrace kalové sušiny
-hodnocení: normální KI4m/h), lehký KI=100-200 (2-4), zbytnělý KI>200 (100°)
c) sušení – pálení nad 100°C,krátká doba kontaktu, energeticky náročné,používá se zřídka, zbytek vody 5-10%, přímé (kal v kontaktu s topným médiem), nepřímé (přívod tepla přes vyhřívanou přepážku), v sušárnách rotačních nebo s fluidním ložem
83. Konečné zapracování kalu
-zapracovává se kal stabilizovaný
a) zemědělské využití: jako hnojivo, přímá aplikace do půdy, zpracování do kompostů, možnost využití i tekutého kalu, příznivé složky – organická hmota (30-40%), dusík (2-4%),fosfor (1-2%), vápník (2-10%), nepříznivé složky-těžké kovy (Zn,Cu,Pb,Hg,Cd)→limitované, patogeny→odtsranění stabilizací, omezení při přímé aplikaci
b) skládkování: nutné odvodnění
c) spalování: městské spalovny→zbytek po spálení na skládku, cementářské pece (zapracování do výrobků-nutné zneškodnění exhalátů)