Voda

základní podmínka života - 60 % zemského povrchu

nejdůležitější surovina všech průmyslových odvětví

- rozpouštědlo

- ochlazování, ohřev (l, g)

zdroje vody: podzemní voda (prameny, studny)

povrchová voda (řeky, rybníky, moře)

srážková voda (déšť, sníh, rosa, jinovatka)

- část vypaří

- část vsákne (pórovitost podloží)

- část steče % zadržené vody

písky 25 – 30 %

pískovec 3 – 30 %

křída 14 – 40 %

vápenec 0,5 –17 %

břidlice 0,5 – 8 %

žula 0,02 – 2 %

Voda – typy přírodních vod

srážková voda: prach, mikroorganismy, SO2, CO2, H2S, oxidy dusíku

pramenitá voda: uhličitany, hydrogenuhličitany, sírany, chloridy

převážně Ca2+, Mg2+, dále Na+, K+, Fe3+, Al3+, Mn2+

minerální voda: nasycena CO2, obsah solí nad 1 000 mg.l-1

(terma – t > 24 C, vřídlo – t > 50 °C)

- kyselky

- slané vody

- sirné vody

- síranové vody

- železité vody

- radioaktivní vody

mořská voda: 97 % vody na zemi, cca 35 g solí / l

(77 % NaCl, 11 % MgCl2, dále CaSO4, MgSO4, K2SO4)

Voda – tvrdost vody

tvrdost vody: obsah solí s větším oxidačním stupněm než 1 [mmol.l-1]

karbonátová tvrdost vody - Ca(HCO3)2 , Mg(HCO3)2

- zahřátím se odstraní

OHCOCaCOHCOCa 22323

OHCOMgCOHCOMg 22323

nekarbonátová tvrdost - ostatní sole

(sírany chloridy, dusičnany, křemičitany Ca a Mg)

celková tvrdost - součet karbonátové a nekarbonátové tvrdosti

druh vody celková tvrdost

měkká do 1 mmol.l-1

průměrně tvrdá 1 - 1,5 mmol.l-1

tvrdá 1,5 - 3 mmol.l-1

velmi tvrdá nad 3 mmol.l-1

Voda – kategorie

pitná voda: příjemná chuť, teplota 8 – 12 °C, tvrdost 1,5 – 2,2 mmol.l-1

ukazatele jakosti - mikrobiologické a biologické ukazatele

- fyzikální a chemické ukazatele

užitková voda: voda používaná k jiným účelům než k pití

- napájecí voda pro parní kotle

- voda na chlazení

- pro technologický proces – v závislosti na typu technologie

potravinářský průmysl – blíží se kvalitě pitné vody (měkká voda)

textilní průmysl – měkká voda, nízká koncentrace solí

papírenský průmysl – velmi měkká voda

odpadní voda: splašková

průmyslová

znečištění vody:

CHSK – celkové zněčištění (hlavně org. látky)

BSK5 – spotřeba rozp. kyslíku

BSK5 ≤ CHSK

Voda – pitná voda

Praha

• vodní nádrž Švihov – 3000 l/s (max. 6700 l/s) – napájena Želivkou

• na místě upravena, dopravena 52 km dlouhým tunelem do Vestce

• úpravna v Káraném – 900 l/s – přirozeně filtrovaná voda Jizery

Voda – pitná voda

jakost: zákon č. 258/2000 Sb. - o ochraně veřejného zdraví

vyhláška č. 252/2004 Sb. - hygienické požadavky na pitnou a teplou vodu

Pitná voda je zdravotně nezávadná voda, která ani při trvalém požívání nevyvolá onemocnění nebo

poruchy zdraví přítomností mikroorganismů nebo látek ovlivňujících akutním, chronickým či pozdním

působením zdraví fyzických osob a jejich potomstva, jejíž smyslově postižitelné vlastnosti a jakost

nebrání jejímu požívání a užívání pro hygienické potřeby fyzických osob.

pramenitá voda, podzemní voda

• obvykle málo znečištěná

• vysoký obsah rozpuštěných látek – především CO2, HCO3

-, CO32-, Fe, Mn, Rn

• CO2 = kyselost vody –> koroze potrubí –zvyšuje obsah Fe, Cu, Pb

• fyzikální odstranění – desorpce CO2 do vzduchu, odstraní i Rn

• chemické odstranění – reakce s Ca(OH)2

(vápenné mléko) či CaCO3 (mramor, dolomit)

Voda – pitná voda

pramenitá voda, podzemní voda

• Fe, Mn především jako Fe2+, Mn2+

• odstranění oxidací na Fe(OH)3, MnO(OH)2

• vzdušným kyslíkem při odstraňování CO2

• KMnO4, NaClO, O3

• nerozpustné sraženiny

• sedimentace + filtrace

• hygienizace

Voda – pitná voda

• jemné znečištění - především org. látkami (humáty), jíly a hlinitokřemičitany

(zákaly)

• příliš jemné částice na usazování či filtraci => čiření (koagulace) solemi Fe3+,

Al3+

• nejčastěji FeCl3, Al2(SO4)3

• sedimentace + filtrace

• hygienizace

povrchové vody

• hrubé nečistoty - česle

dezinfekce vody

• chlorování (plynným chlorem, NaClO)

• oxidace i chlorace organických látek – zápach, karcinogeny

• ClO2

• pouze oxidace

• 4 HCl + 5 NaClO2 = 4 ClO2 + 5 NaCl + 2 H2O

Voda – pitná voda

Dorrův usazovák – kontinuální sedimentace

dezinfekce vody

• ozonizace

• zavádění O3 do vody

• O3vyráběno v místě dezinfekce tichým elektrickým výbojem do suchéhovzduchu

• vysoce toxický => vyžaduje instalaci „vymírací“ nádrže, kde se všechen rozloží

• UV-zářením

• voda obtéká UV výbojky

• záření je účinné do vzdálenosti cca 4 cm od výbojky

• varem

• v domácích podmínkách

• mikrofiltrace

Voda – pitná voda

Použití membránových filtrů (mikrofiltrace)

-pod tlakem v režimu outside in (z vnějšku dovnitř)

-s možností recirkulace.

Pevné částice a patogeny zachycené na filtru se odstraňují při

pravidelném zpětném proplachování, praní vzduchem a chemickém čištění.

odsolování mořské vody

• přímořské lokality s nedostatkem pitné vody

• mořská (brakická) voda se dělí na vodu s vyšším a vodu s nižším obsahem solí

• destilace/odpařování

• slané vodě se dodá teplo, část se odpaří, zbytek se vypouští zpět do moře

• páry kondenzují, mísí se s velmi malým množstvím slané vody a případně

dále upravují

• reverzní osmóza

• osmóza je samovolné pronikání rozpouštědla přes polopropustnou

membránu z roztoku s nižší koncentrací rozpuštěné látky do roztoku s

vyšší koncentrací => cílem je vyrovnání koncentrací

• vlivem pronikání rozpouštědla narůstá tlak na straně koncentrovaného

roztoku – osmotický tlak

• při reverzní osmóze je potřeba přetlačit osmotický tlak a donutit

rozpouštědlo – vodu – přecházet ze slaného roztoku do čisté –

demineralizované - vody

Voda – pitná voda

• reverzní osmóza

• tlak 4 – 10 MPa

• dodává se „pouze“ tlaková energie – pístová čerpadla, zubová čerpadla,

spotřeba energie cca 3x nižší, než pro destilaci

• membrána odfiltruje mikroorganismy

• vracená slaná voda zvyšuje lokálně slanost moře => ekologická zátěž

Voda – pitná voda

Voda – technologická voda

napájecí voda pro parní kotle:

OHCOCaCOHCOCa 22323

• voda pro specifické účely

• úpravy dle požadavků technologie

• výroba páry

• problémem tvrdost vody

• trvalá – obsah solí v oxidačním stavu vyšším, než 2+

• přechodná – Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2

• odstraní se zahřátím – HCO3- => CO3

2- (kotelní kámen)

• srážení vápnem, uhličitanem sodným, fosforečnanem sodným

OH2CaCO2OHCaHCOCa 23223

Na2CaCOCONaCa 3322

Na6POCaPONa2Ca3 243432

Voda – technologická voda

napájecí voda pro parní kotle:

• tvrdost vody lze odstranit iontoměniči

• epoxidové kuličky s navázanými –H (katex) a –OH (anex) skupinami

• iontoměniče vymění navázané skupiny za ionty z vody

• po vyčerpání regenerace NaOH a HCl

• odstranění rozpuštěného kyslíku (koroze)

• desorpcí do vodní páry

• chemicky reakcí s hydrazinem

destilovaná voda:

• voda se odpaří a následně zkondenzuje

• náročné na energie

• odstraní minerály, mikroby

• chemický i potravinářský průmysl

Voda – odpadní voda

voda splašková - voda z domácností, živočišné velkovýroby

voda průmyslová – odpadní vody z různých typů provozů

způsoby čištění - mechanické (česle, lapače, usazováky, hydrocyklony)

- chemické (neutralizace, srážení, extrakce)

- biologické (rozklad organických látek)

samočištění vody - schopnost povrchové vody zbavit se nečistot

(sycení kyslíkem, neutralizační reakce, biochemické děje)

chemická spotřeba kyslíku (CHSK)

- množství kyslíku potřebného k oxidaci organických látek při použití

silného oxidačního činidla (KMnO4, K2Cr2O7)

biologická spotřeba kyslíku (BSK5)

- rozdíl v obsahu kyslíku ve vodě v mg.l-1 v okamžiku odběru a za 5 dní

BSK5 CHSK

stokový systém

• svádí odpadní a srážkové vody k přečištění a následně nejčastěji do řeky

• oddělený systém – odpadní vody jsou vedeny na čističku, srážkové do řeky

(malá města, vesnice)

• jednotný systém – odpadní i srážkové vody jsou vedeny jedním systémem na

čističku (velká města, Praha)

• v suchých dnech teče pouze odpadní voda po dně stoky, problematické

ucpávání tuhými odpady a v poslední době tuky

• při srážkách dochází k propláchnutí stokové sítě – při začátku deště je

voda velmi znečištěná

• při vydatných deštích => zahlcení čističek => odlehčovací komory

Voda – odpadní voda

• česle, lapače písku - zachytí větve, plastové lahve, textil, písek, štěrk

Voda – odpadní voda – mechanické čištění

Voda – odpadní voda – mechanické čištění

• lapač tuků – tuk se samovolně odděluje od vody, stoupá k hladině

• může být podpořeno vháněním vzduchu

• srážení fosforu – Fe2(SO4)3 a usazení

• fosfor nežádoucí ve vodě – hnojivo, podporuje růst řas

• přeměna nežádoucích organických látek na neškodné anorganické látky

biologické čištění

•aerobní (za přístupu vzduchu)

• oxidace organických látek

• syntéza buněčného materiálu

• oxidace NH4+ na NO2

- a NO3- nitrifikačními bakteriemi

• oxidace C na CO2

• potřeba vzduchu – vháněn dmychadlem

• biomasa je udržována ve vznosu mícháním a bublinkami vzduchu

• za aktivační nádrží je dosazovací nádrž – voda + kal

• většina kalu se vrací do aktivační nádrže, část kalu (cca 5 %) se vede do vyhnívacích nádrží

Voda – odpadní voda – biologické čištění

4org NHH4N

H2OHNOO2NH 2324

22org COOC

biologické čištění

•anaerobní (bez přístupu vzduchu)

• odstranění NO3- v předřazené nádrži

• likvidace kalu ve vyhnívacích nádržích

• hydrolýza a kyselé kvašení

• metanové kvašení

• sirné kvašení

• => vznik bioplynu a deaktivovaného kalu

•vzniklý bioplyn obvykle využíván v generátorech pro výrobu elektřiny a tepla –

kogenerační jednotky

•deaktivovaný kal likvidován – spálen, kompostován

Voda – odpadní voda – biologické čištění

2223org N2OH2CO5NO4H4C5

Voda – odpadní voda – biologické čištění

Voda – odpadní voda – čistírna

1 – česle

2 - lapač písku

3 - lapač tuků

4 - Dorrův usazovák

5 - aktivační nádrž

6 - usazovací nádrž

7 - vyhnívací nádrž

Schéma kanalizační čistírny odpadních splaškových vod s aktivační nádrží

Voda – odpadní voda – čistírna – aktivační nádrže

1 - denitrifikační nádrž, 2 - nitrifikační nádrž, 3 - anaerobní proces

4 - usazovací nádrž, 5 - vyhnívací nádrž

Voda – odpadní voda – anaerobní biologické čištění

v přírodě samovolně (dna rybníků, močály) - konečný produkt - CH4, CO2

t = 30 – 60 °C

pH = 6,5 – 7,5

nižší produkce biomasy

Nevýhoda

malá reakční rychlost

citlivost metanogenních

bakterií

organické látky v odtoku

Voda – odpadní voda – anaerobní biologické čištění

Schema anaerobního čištění odpadních od s recirkulací biomasy

1 - anaerobní reaktor

2 - anaerobní rektor

(nemíchaný)

3 - vakuový odplyňovač

4 - usazovací nádrž

5 - plynojem

6 - odplynění provzdušňováním

Voda – odpadní voda průmyslová

zásady čištění: - usazování (odstranění mechanických nečistot)

- likvidace v ČOV (rozložitelné organické chemické látky)

- neutralizace (kyselé a alkalické vody)

- zakoncentrování závadných složek (např. radioaktivní prvky)

- srážení (přeměna škodlivých látek na neškodné)

- chlazení (ochlazení chladících vod před vpuštěním)

technologie jednotka BSK5 pop. ekvivalent

kg EO

mlékárna 1 m3 mléka 1,5 – 4,2 20 – 70

pivovar 1 m3 piva 9,0 – 21,0 150 – 350

drožďárna 1 t droždí 300 – 420 5 000 – 7 000

výroba celuózy (sulf.) 1 t celuozy 210 – 330 3 500 – 5 500

výroba vis. hedvábí 1 t vlákna 18 – 27 300 – 450

prasečí farma 1 prase 0,18 3

• pokud domácnost není napojena na kanalizaci s čističkou, je potřeba zajistit

čištění už u domu

• žumpa – pouze nádrž na sběr odpadních vod – je třeba pravidelně vyvážet

• septik - nádrž s více oddíly a biologickým čištěním

• v jednotlivých částech dochází k čištění

• přečištěná voda přetéká do kanalizace, nebo trativodu

• citlivé zejména na vysoký obsah detergentů

• nahromaděný kal se musí vyvážet

Voda – odpadní voda – domovní čištění

• domácí čistička – kompletní ČOV v kompaktním provedení

Voda – odpadní voda – domovní čištění