Voda je vzácna komodita. Skôr ako sa odpadová voda vráti do vodného cyklu, vyčistí sa od kontaminantov a znečisťujúcich látok, aby sa zabezpečila ochrana našich prírodných vôd a podporila výroba pitnej vody. Na čistenie vody a dosiahnutie najlepšej možnej kvality vody v prírode sa využívajú rôzne procesy.Čistenie odpadovej vody sa dá všeobecne rozdeliť na dva základné typy. Po prvé: odstránenie problematických látok z vody. To sa robí čistením, odstránením železa, odstránením mangánu, sterilizáciou, desalináciou alebo zmäkčením. Po druhé: špecifické doplnenie látok na zlepšenie kvality a parametrov, ako je napríklad hodnota pH alebo vodivosť.
Na implementáciu rôznych prípravných fáz čistenia vody je k dispozícii niekoľko procesov:
Najväčší objem čistenej odpadovej vody je v komunálnych čistiarňach odpadových vôd, a práve preto si vyžadujú rozmanitejšiu kombináciu a efektívnejší postup. Použité postupy závisia od typu čistiarne odpadových vôd.Procesy čistenia v čistiarňach odpadových vôd možno rozdeliť do rôznych fáz.
V prvej fáze sa mechanicky čistí ešte neupravená odpadová voda. Odstráni sa pri tom asi 20 - 30 % obsiahnutých tuhých látok. V tomto procese sa odpadová voda dostane do triediaceho zariadenia, kde hrablice alebo bubnové sito odfiltrujú hrubé nečistoty, ako sú listy, papier alebo textílie. Rôzne sitá (od sít na veľké nečistoty s okami so šírkou niekoľkých centimetrov až po jemné sitá s okami so šírkou pár milimetrov), cez ktoré voda preteká pri rôznej rýchlosti, postupne odfiltrujú veľké materiály. Mechanicky získané zvyšky sa odvodňujú a likvidujú v spaľovni.
Predbežne vyčistená voda potom prechádza do tzv. zachytávača piesku. Na odstránenie veľkých častíc, ako sú kamene, sklenené črepy alebo piesok, ako aj veľkého organického materiálu, ktorý sa nedá vytriediť pomocou sita, sa v technológii čistenia odpadových vôd používa sedimentačná nádrž. Tento proces sa odohráva pri relatívne vysokej rýchlosti prietoku približne 0,3 m/s. Rozlišujeme neprevzdušňovaný dlhý zachytávač piesku,prevzdušňovaný dlhý zachytávač piesku (známy aj ako valcový zachytávač piesku) a okrúhly zachytávač piesku.
Prevzdušnený zachytávač piesku z odpadovej vody odstraňuje ďalšie tuky a oleje, pričom sa deje toto: privádzaný procesný vzduch vytvára vo vode valivý pohyb, ktorý na povrch vynáša ľahšie látky ako oleje a tuky. Tu ich možno ľahko z vody odstrániť.A okrúhly zachytávač piesku oddeľuje látky z odpadovej vody odstredivou silou a odsáva ich. Po vyčistení v zachytávači piesku sa zvyšky zo zachytávača piesku premyjú a zbavia organických látok. Tým sa zlepší odvodnenie zozbieraného anorganického materiálu, ktorý sa môže znovu použiť napríklad pri stavbe ciest. Ak sa zvyšky zo zachytávača piesku viac nadajú recyklovať, musia sa náležite zlikvidovať. Buď idú na skládku alebo sa ničia v spaľovniach odpadu.Prevzdušnený fáza čistenia odpadových vôd prebieha v primárnej čistiacej nádrži. Rýchlosť prietoku odpadovej vody je približne 1,5 cm/s, teda je výrazne pomalšia ako v zachytávači piesku. Rýchlosť prietoku sa zníži v dôsledku rozšírenia nádrže. Na to, aby sa jemné nečistoty mohli v závislosti od svojej povahy usadiť na dne alebo na hladine vody, je potrebný pomalý prietok. Kal, ktorý vzniká sedimentáciou (usadzovaním na dne), sa nazýva primárny kal. Zvyčajne ho tvorí organický materiál. Primárny kal sa z dna zatlačí stieračom do čerstvého kalu. Plávajúce látky sa prenesú do kanála s plávajúcim kalom. Čerpadlo prepravuje čerstvý kal do tzv. vyhnívacej veže.Vo vyhnívacej vežisa v štyroch fázach (hydrolýza, acidifikácia, acetogenéza a metanogenéza) vyrába plynný metán. Ten sa v blokovej teplárni premieňa na elektrinu a môže sa použiť na zásobovanie čistiarne energiou. Proces vyhnívania vo vyhnívacej veži trvá približne štyri týždne. Výsledkom je kal bez zápachu, ktorý sa po odvodnení pomocou odstredivky alebo filtra často používa v poľnohospodárstve.Týmto procesom končí fáza mechanického čistenia. V tejto fáze sa z odpadovej vody odstráni v priemere 30 až 40 % znečisťujúcich látok. Pri prechode čistiarňou odpadových vôd sa odpadová voda dostáva do ďalšieho štádia čistenia.
Vo väčšine čistiarní odpadových vôd sa voda predbežne vyčistená v štádiu mechanického čistenia dostane do takzvaných prevzdušňovacích nádrží, ktoré sú často navrhnuté ako obehové nádrže. Tu dochádza k biologickému čisteniu.
Vodu pomocou vrtúľ uvádza do obehu prívod kyslíka. Vytvoria sa tak viac alebo menej vetrané zóny, v ktorých vznikajú rôzne environmentálne podmienky pre baktérie a mikroorganizmy. Tieto mikroorganizmy sa živia organickými kontaminantmi, ktoré sú stále prítomné vo vode, a premieňajú ich na anorganické látky. Baktérie tvoria vločky aktivovaného kalu, ktoré voľne plávajú vo vode. Prívod kyslíka stimuluje množenie baktérií a tým podporuje tvorbu aktivovaného kalu. Tento proces biologického čistenia odpadových vôd sa preto označuje aj ako proces aktivovaného kalu.Odpadová voda s aktivovaným kalom sa vypúšťa do sekundárnej čistiacej nádrže. Tu sa opäť zníži rýchlosť prietoku odpadovej vody. Dochádza k sedimentácii: Aktivovaný kal sa usadzuje na dne vyčistenej vody, kde sa môže pomocou mechanického čistiaceho zariadenia na dne oddeliť od čistej vody. Časť nasleduje do vyhnívacej veže ako ďalšia biomasa. Druhá časť kalu (známa aj ako „spätný kal“) sa vracia do prevzdušňovacej nádrže, aby bol v prevzdušňovacej nádrži dostatok mikroorganizmov na rozloženie nečistôt. Pri biologickom čistení sa od biologicky odbúrateľných látok očistí približne 90 % odpadovej vody. Keďže kyslík zabezpečujú kompresory, biologická fáza čistenia je energeticky najvýznamnejšou fázou celého čistiaceho procesu. Keď voda dosiahne zákonom predpísanú kvalitu, môže sa vrátiť do vodného cyklu - napríklad do rieky.V mnohých iných prípadoch však biologické čistenie nestačí. Vtedy sú potrebné ďalšie procesy čistenia odpadových vôd, napríklad príprava vo forme chemického čistenia. V tomto procese sa používajú aj chemické prísady.
V tejto fáze čistenia odpadových vôd sa na čistenie využívajú chemické procesy. Na tento účel slúžia chemické zlúčeniny, ktoré sa používajú na dosiahnutie zákonom predpísaných štandardných hodnôt vody. Chemické čistenie v čistiarňach odpadových vôd zahŕňa neutralizáciu, dezinfekciu, zrážanie fosfátov, odstránenie dusíka, odmrazovanie a odstránenia mangánu.
Neutralizácia sa používa na získanie predpísanej hodnoty pH pridaním kyseliny (napr. HCl) alebo zásady (napr. vápenné mlieko).Pri dezinfekciu sa patogény ničia pridaním chlóru alebo oxidu chloričitého. Dobrou alternatívou k pridávaniu chemikálií je ožarovanie odpadovej vody UV svetlom, ale tento proces sa používa zriedka. Eliminácia fosfátov: Naše odpadové vody sú často kontaminované fosfátmi z detergentov, hnojív, potravinárskych prísad a fekálií. Ak zostanú v odpadovej vode, spôsobia prehnojenie a obohatenie vodných tokov živinami, čo môže viesť k zbytočnému rastu rastlín (eutrofizácia) škodlivému pre ekosystém.
Fosfáty sa odstraňujú chemickým zrážaním alebo flokuláciou. Prevzdušnený zrážanie fosfátov sa čiastočne vyvoláva pridaním solí hliníka alebo železa do zachytávača piesku alebo do sekundárnej čistiacej nádrže. Vločky kovu a fosfátu, ktoré sa tvoria počas tohto sekundárneho čistenia, sa potom s aktivovaným kalom vyberú z odpadovej vody. V závislosti od spôsobu prevádzky sa môže fosfát z odpadovej vody „loviť“ aj pomocou mikroorganizmov. V tomto prípade hovoríme o biologickej eliminácii fosforu, ktorá sa však stále používa len zriedka.
Chemické čistenie vody zahŕňa aj odstránenie dusíka: Zlúčeniny dusíka odstraňujú z vody životne dôležitý kyslík a pri vypúšťaní do vodných telies môžu dokonca spôsobiť úhyn rýb. Dusík sa odstraňuje nitrifikáciou a denitrifikáciou: Pri nitrifikáciisa pridaním anaeróbnych baktérií a kyslíka amónny katión premieňa na dusitan a v druhej fáze na dusičnan. Následná denitrifikácia je tiež vyvolaná pridaním anaeróbnych mikroorganizmov. Tie prostredníctvom enzymatických aktivít rozkladajú dusičnany na plynný dusík a ten sa potom vracia do atmosféry.Odželeznenie: Na zníženie obsahu železa v odpadovej vode na predpísanú hodnotu sa pridáva kyslík, vďaka ktorému katióny železa (II) oxidujú. Aktivácia oxidačného procesu si vyžaduje, aby bol do odpadovej vody pridaný aj hydroxid sodný.Odstránenie mangánu: Mangán je zvyčajne prítomný v odpadovej vode ako hydrogénuhličitan manganatý. Pridanie kyslíka vytvára zle rozpustné zlúčeniny oxidu manganičitého, ktoré sa dajú z vody ľahko odstrániť.
V štvrtej a poslednej fáze čistenia sa používajú membránové a filtračné procesy. Čiastočne sa táto fáza čistenia kombinuje s chemickými procesmi zrážania a flokulácie. Taká je, napríklad, metóda flokulačnej filtrácie. Do odpadovej vody sa pridávajú zrážadlá a vločkovacie činidlá na flokuláciu látok, ktoré sa budú separovať. Odpadová voda s vločkovaným materiálom potom prechádza cez látkový alebo pieskový filter.
Pomaly presakuje cez vrstvu filtra. Odstránia sa pri tom aj tie najmenšie organické nerozpustené pevné látky.Nanofiltrácia funguje veľmi podobným spôsobom. Na rozdiel od bežnej filtrácie však voda prechádza pod tlakom cez membránu, ktorá zadržiava aj tie najmenšie rozpustené častice, ako sú molekuly alebo ióny ťažkých kovov. To isté sa deje pri reverznej osmóze,kde sa používa ešte vyšší pracovný tlak a jemnejšie membrány.Znečisťujúce látky zadržané pri filtrácii, nanofiltrácii a reverznej osmóze sa filtrujú do kalov v podobe filtračného kalu cez primárnu čistiacu nádrž.Voda sa tak dostala do poslednej zóny čistiarne odpadových vôd - do nádrže na vyčistenú vodu. Tu sa znova odoberajú vzorky a kontroluje sa kvalita vody. Vyčistená voda sa vracia do vodného cyklu až po splnení zákonom predpísaných parametrov.
STRÁNKY NA TÉMU ODPADOVEJ VODY:Úprava vody a čistenie odpadovej vody | Výkony prevádzkovateľov čistiarní odpadových vôd | Prípadové štúdie | Performance³ | Wastewater treatment guide | Kalkulačka výkonu
