1
Odkyselování – stabilizace vody
Úprava podzemních a povrchových vod – 9. přednáška
stabilizace vody = úprava do vápenato-uhličitanové rovnováhy
odkyselování = odstraňování agresivního oxidu uhličitého – důvod =
korozivní účinky CO2 na kovové a betonové konstrukce
(opačný proces = ztvrzování vody)
Vápenato-uhličitanová rovnováha
CaCO3(s) + CO2 + H2O = Ca2+ + 2 HCO3-
KA = K1KsK2-1 = 10-4,345 (T = 25 °C)
CaCO3(s) + H+ = Ca2+ + HCO3-
KB = KsK2-1 = 102,01 (T = 25 °C)
Agresivní oxid uhličitý – cA(CO2) > cr(CO2) – rozpouštění CaCO3
Rovnovážný oxid uhličitý – cr(CO2)
= volný oxid uhličitý, který je v rovnováze s c(Ca2+) a c(HCO3-)
Inkrustující oxid uhličitý – cI(CO2) < cr(CO2) – vylučování CaCO3 z vody
Stabilní voda – nevylučuje ani nerozpouští CaCO3
Pivokonský, ÚŽP PřF UK
2
Odkyselování – stabilizace vody
no
vá
ha
odkyselování
ro
v
Úprava podzemních a povrchových vod – 9. přednáška
Agresivní a inkrustující CO2
ztvrzování
Pozn.: Smícháme-li 2 vody v rovnováze – výsledek = vždy ! voda agresivní
Pivokonský, ÚŽP PřF UK
3
Odkyselování – stabilizace vody
Vápenato-uhličitanová rovnováha
Úprava podzemních a povrchových vod – 9. přednáška
- tvořena koncentracemi H2CO3*, HCO3-, CO32-, Ca2+, H+ a OH- řešení pomocí rovnic:
1) rovnice disociační konstanty K1 kyseliny uhličité
K1 = c(H+) · c(HCO3-) / c(H2CO3*)
2) rovnice disociační konstanty K2 kyseliny uhličité
K2 = c(H+) · c(HCO3-) / c(CO32-)
3) rovnice součinu rozpustnosti CaCO3(s)
Ks = c(Ca2+) · c(CO32-) = x · 10-9
4) rovnice iontového součinu vody
Kw = c(H+) · c(OH-) = 10-14
5) rovnice elektroneutrality
c(H+) + 2·c(Ca2+) = c(HCO3-) + 2·c(CO32-) + c(OH-)
6) iontová síla
I = ½ Σ ci · zi2
Pivokonský, ÚŽP PřF UK
4
Odkyselování – stabilizace vody
Úprava podzemních a povrchových vod – 9. přednáška
Průběh rovnovážných křivek vápenato-uhličitanové rovnováhy
Pivokonský, ÚŽP PřF UK
5
Odkyselování – stabilizace vody
Hodnocení agresivity vody podle indexu nasycení
Index nasycení (Langelierův, saturační) - Is
Úprava podzemních a povrchových vod – 9. přednáška
pH – naměřená hodnota pH vody
Is = pH - pHs
pHs – saturační (rovnovážná) hodnota pH, tj. pH vody,
kterého by dosáhla, kdyby při daném složení byla v rovnováze
pHs = log KB – log c(Ca2+) – log c(HCO3-)
Zdánlivá (fiktivní) hodnota pHs‘
- rozpouštění nebo vylučování CaCO3 je doprovázeno změnou koncentrací
Ca2+ a HCO3- a iontové síly roztoku - do rovnice pro výpočet hodnoty pHs
se však dosazují původní (naměřené) hodnoty těchto iontů
Agresivní vody - pHs‘ > pHs
Pivokonský, ÚŽP PřF UK
6
Odkyselování – stabilizace vody
Hodnocení agresivity vody podle indexu nasycení
Úprava podzemních a povrchových vod – 9. přednáška
Is < 0 – voda je agresivní, rozpouští CaCO3
CaCO3(s) + H+
Ca2+ + HCO3-
Is = 0 – voda se nachází ve vápenato-uhličitanové rovnováze
(hodnoty od -0,05 do 0,05 se obvykle ještě považují za rovnovážný stav)
Is > 0 – voda je inkrustující, vylučuje CaCO3
CaCO3(s) + H+
Ca2+ + HCO3-
Ryznarův index stability - RIs
RIs = 2 pHs – pH = pH – 2 Is
Pivokonský, ÚŽP PřF UK
7
Odkyselování – stabilizace vody
Úprava podzemních a povrchových vod – 9. přednáška
Technologie odkyselování vod
1) mechanické způsoby
- odstranění agresivního CO2 provzdušňováním
- Henryho-Daltonův zákon: rozpustnost CO2 ve vodě je přímo úměrná
parciálnímu tlaku CO2 nad hladinou vody (T = konst.)
- parciální p ~ 30 Pa - odpovídá rozpustnosti cca 0,5 mg/l
- při styku se vzduchem CO2 z vody uniká - rychlost úniku závisí na velikosti
styčné plochy voda-vzduch a koncentraci CO2 ve vzduchu
- zbytková koncentrace CO2 ve vodě - asi 5-7 mg/l
a) rozstřik vody (rozprašovací trysky, sprchy, kaskády, skrápěná síta)
b) vhánění vzduchu do vody za současného odvětrávání uvolněného
CO2 (provzdušňovací rošty, hladinové provzdušňovače Kessener)
2) chemické způsoby – změna iontového složení (Ca2+, příp. Mg2+)
a) v kapalné fázi – dávkování vápna (vápenného mléka)
b) v pevné fázi – filtrace vody přes odkyselovací materiály (mramor,
dolomit, PVD, magno)
Pivokonský, ÚŽP PřF UK
8
Odkyselování – stabilizace vody
1a) Mechanické způsoby využívající rozstřik vody
Úprava podzemních a povrchových vod – 9. přednáška
- sprchy, trysky, zkrápěná síta ...
kaskádové uspořádání
Pivokonský, ÚŽP PřF UK
9
Odkyselování – stabilizace vody
Úprava podzemních a povrchových vod – 9. přednáška
1a) Mechanické způsoby využívající rozstřik vody
zkrápěcí věž se síty
BOUČEK – tryskový odplyňovač
s odsáváním plynů
Pivokonský, ÚŽP PřF UK
10
Odkyselování – stabilizace vody
Úprava podzemních a povrchových vod – 9. přednáška
1b) Mechanické způsoby využívající vhánění vzduchu do vody
KESSENER - hladinový provzdušňovač
INKA – odplyňovač s probubláváním vzduchu
Pivokonský, ÚŽP PřF UK
11
Odkyselování – stabilizace vody
1b) Mechanické způsoby využívající vhánění vzduchu do vody
Úprava podzemních a povrchových vod – 9. přednáška
ERBO - expanzní provzdušňovač
s přisáváním vzduchu
RASCHIGOVY FILTRY – kontaktní
provzdušňovač s vháněním vzduchu
Pivokonský, ÚŽP PřF UK
12
Odkyselování – stabilizace vody
Úprava podzemních a povrchových vod – 9. přednáška
2a) Chemické způsoby – dávkování vápna
- problém = manipulace s vápenným hydrátem => velké provozy
- vyžaduje přesné dávkování => dobrou obsluhu a řádnou chemickou
kontrolu
- vhodné pro vody s nízkým obsahem Ca a Mg – předávkování vápna na
pH = 8,5 - 9 při deficitu CO2 není na závadu – probíhá reakce:
Ca2+ + 2 OH- + 2 CO2 = Ca2+ + 2 HCO3- vody s vyšším obsahem Ca (nebo při přebytku vápna) – srážení CaCO3 tvorba inkrustů):
Ca2+ + 2 HCO3- + 2 OH- = 2 CaCO3(s) + 2 H2O
- vytvoření slabé vrstvičky CaCO3 je nicméně žádoucí – ochrana proti
korozi potrubí
Pivokonský, ÚŽP PřF UK
13
Odkyselování – stabilizace vody
Úprava podzemních a povrchových vod – 9. přednáška
2b) Chemické způsoby – filtrace vody přes odkyselovací materiály
- odkyselovací materiály = mramor (CaCO3), magnezit (MgCO3), dolomity
(CaCO3 + MgCO3), PVD (polovypálené dolomity = CaCO3 + MgO =
magno, dekarbolit, fermago)
- malé a střední úpravny
- odkyselovací hmoty – v granulované formě plněny do tlakových nebo
otevřených filtrů (můžou být i ve směsi s pískem)
- odkyselovací účinek roste s teplotou, závisí na zrnitosti a výšce filtrační
náplně, tj. době zdržení
- náplň nutno doplňovat – rozpouští se podle reakcí:
CaCO3(s) + CO2 + H2O = Ca2+ + 2 HCO3MgCO3(s) + CO2 + H2O = Mg2+ + 2 HCO3MgO(s) + 2 CO2 + H2O = Mg2+ + 2 HCO3- současně může probíhat reakce:
MgO(s) + Ca2+ + 2 HCO3- = CaCO3(s) + MgCO3(s) + H2O
- rychlost reakce – s PVD = 3x větší než s mramorem,
s MgO = 10x větší než s mramorem
Pivokonský, ÚŽP PřF UK
14
Odželezování a odmanganování
Úprava podzemních a povrchových vod – 9. přednáška
- limit Fe = 0,2 mg/l (MH)
- limit Mn = 0,05 mg/l (MH)
- v podzemních vodách – hydratované kationty Mn2+ a Fe2+
- obvyklé koncentrace: Fe < 7 mg/l a Mn < 1 mg/l
- mangan obvykle doprovází železo
- v povrchových vodách – koloidní oxidy a hydroxidy (koncentrace nižší
než výše uvedená) nebo komplexně vázané v huminových látkách
(koncentrace vyšší než výše uvedená)
Proč odstraňovat Fe a Mn?
- senzorické závady (trpká, svíravá chuť)
- kontakt s kyslíkem => oxidace a hydrolýza na hydratované oxidy
=> zbarvení vody (skvrny na prádle)
=> inkrustace teplosměnných ploch (karmy, bojlery)
=> zarůstání potrubí vlivem železitých a manganových bakterií
Pivokonský, ÚŽP PřF UK
15
Odželezování a odmanganování
Úprava podzemních a povrchových vod – 9. přednáška
- princip odstraňování Mn a Fe: rozpustné dvojmocné kationty se
převádějí na nerozpustné vícemocné formy = Fe(OH)3, MnO(OH)2
nebo MnO2 – separace sedimentací a filtrací
- nerozpustné formy – příprava oxidací podle reakcí:
Fe2+ + 3 H2O – e- = Fe(OH)3 + 3 H+
Mn2+ + 3 H2O – 2 e- = MnO(OH)2 + 4 H+
- oxidační činidla = vzdušný kyslík, chlor, oxid chloričitý, manganistan
draselný, ozon, peroxid vodíku
- rychlost oxidace roste s pH vody – dále je závislá na ORP, teplotě a
složení vody
- přítomnost organických látek => zvýšení dávky oxidačního činidla, výskyt
organických komplexních forem Fe a Mn – rezistentnější vůči oxidaci
- železo se oxiduje snáze než mangan – mangan vyžaduje vyšší hodnoty
pH (pH > 8) a autokatalytické účinky MnO2
Pivokonský, ÚŽP PřF UK
16
Odželezování a odmanganování
Úprava podzemních a povrchových vod – 9. přednáška
Technologické způsoby odželezňování a odmanganování:
1) odželezování provzdušněním (aerací)
2) odželezování a odmanganování alkalizací
3) odželezování a odmanganování oxidačními činidly
4) kontaktní odželezování a odmanganování na písku preparovaném MnO2
5) odželezování a odmanganování in-situ v horninovém prostředí
Pivokonský, ÚŽP PřF UK
17
Odželezování a odmanganování
Úprava podzemních a povrchových vod – 9. přednáška
1) Odželezování provzdušněním (aerací)
- podmínka = dostatečné množství vzdušného kyslíku rozpuštěného ve vodě
- Fe – snadná oxidace už při pH = 7-7,5
- Mn – obtížná oxidace i při pH daleko vyšším (+ katalytické působení MnO2)
=> metoda vhodná pro spíše pro samotné odželezňování
- pro aeraci lze použít stejná zařízení jako pro mechanické odkyselování
- oxidace Fe2+, příp. Mn2+, probíhá podle rovnic:
4 Fe2+ + O2 + 10 H2O = 4 Fe(OH)3 + 8 H+
2 Mn2+ + O2 + 4 H2O = 2 MnO(OH)2 + 4 H+
- při aeraci se z vody odstraňuje CO2 (H+ + HCO3- = CO2 + H2O) => pH vody
roste - kladný vliv na rychlost oxidace
- pokud se prostým provzdušněním nezvýší pH dostatečně, je třeba vodu
alkalizovat vápnem (hydroxidem vápenatým), uhličitanem sodným (sodou),
nebo hydroxidem sodným (viz další slide)
Pivokonský, ÚŽP PřF UK
18
Odželezování a odmanganování
2) Odželezování a odmanganování alkalizací
- alkalizace vápnem, sodou nebo hydroxidem sodným
Úprava podzemních a povrchových vod – 9. přednáška
- hodnoty až pH ~ 10
- už při pH > 8,3 – srážecí reakce: Ca2+, Mg2+, Fe2+, Mn2+, HCO3- →
CaCO3, MgCO3, Mg(OH)2, FeCO3, MnCO3
=> odželezování probíhá jako průvodní jev při odstraňování Ca2+, Mg2+ a
HCO3–, kdy při zvýšeném pH probíhá rychlá oxidace Fe2+ na Fe(OH)3,
případně Mn2+ na MnO(OH)2, současně s vylučováním FeCO3 a MnCO3
Pivokonský, ÚŽP PřF UK
19
Odželezování a odmanganování
3) Odželezování a odmanganování oxidačními činidly
Úprava podzemních a povrchových vod – 9. přednáška
- oxidační činidla = chlor, oxid chloričitý, manganistan draselný, ozon,
peroxid vodíku
Chlor (chlornan sodný n. chlorová voda)
- poměrně rychle oxiduje Fe2+ při pH > 5
- uspokojivě oxiduje Mn2+ až při pH > 8,5 (použití vyšší dávky než
stechiometrické, dlouhá doba zdržení)
2 Fe2+ + Cl2 + 6 H2O = 2 Fe(OH)3 + 2 Cl- + 6 H+
Mn2+ + Cl2 + 3 H2O = MnO(OH)2 + 2 Cl- + 4 H+
- možná tvorba chlorderivátů organických sloučenin (THM nebo chlorfenoly)
Peroxid vodíku
- poměrně rychle oxiduje Fe2+ při pH > 5
- oxiduje Mn2+ až při pH > 9
Pivokonský, ÚŽP PřF UK
20
Odželezování a odmanganování
3) Odželezování a odmanganování oxidačními činidly
Úprava podzemních a povrchových vod – 9. přednáška
- KMnO4, ClO2, ozon - téměř okamžitě oxidují Fe2+ a velmi rychle i Mn2+
(oxidační rychlost roste se zvyšujícím se pH vody)
Manganistan draselný
= velmi silné oxidační činidlo
- pokud voda obsahuje vyšší koncentrace Fe – vhodné oxidovat Fe
provzdušněním nebo chlorem a pak Mn manganistanem (je drahý)
3 Fe2+ + MnO4- + 8 H2O = 3 Fe(OH)3 + MnO(OH)2 + 5 H+
3 Mn2+ + 2 MnO4- + 7 H2O = 5 MnO(OH)2 + 4 H+
Ozon
= nejsilnější oxidační činidlo - oxiduje Fe2+ i Mn2+ bez ohledu na pH
2 Fe2+ + O3 + 5 H2O = 2 Fe(OH)3 + O2 + 4 H+
Mn2+ + O3 + 2 H2O = MnO(OH)2 + O2 + 2 H+
- vysoké náklady => použití v případě dalšího využití (desinfekce,
oxidace organiky ...)
Pivokonský, ÚŽP PřF UK
21
Odželezování a odmanganování
Úprava podzemních a povrchových vod – 9. přednáška
4) Kontaktní odželezování a odmanganování na preparovaném písku
- provádí se filtrací provzdušněné vody přes písek preparovaný MnO2 (=
křemičitý písek s jemným povlakem oxidu manganičitého) - katalytický
účinek => rychlá oxidace Mn2+ vzdušným kyslíkem:
2 Mn2+ + O2 + 2 H2O (kat. MnO2) → 2 MnO2 + 4 H+
- u vod s obsahem Fe > 3 mg/l by docházelo k rychlému zanášení filtru
hydroxidem železitým => dvoustupňová separace (sedimentace + filtrace)
- nebo: v 1. kroku odželezování a v 2. kroku autokatalytické odmanganování
- možnost použití dvouvrstvých filtrů:
- horní hrubozrná vrstva – oxidace + zachycení Fe
- spodní preparovaná vrstva – katalytická oxidace + zachycení Mn
- další materiály – kontaktní hmoty – Birm (pro Fe), Greensand (pro Mn)
Pivokonský, ÚŽP PřF UK
22
Odželezování a odmanganování
Úprava podzemních a povrchových vod – 9. přednáška
5) Odželezování a odmanganování in-situ v horninovém prostředí
- podzemní voda se jímá, provzdušňuje se a vrací se zpět do zvodnělé
vrstvy - probíhá oxidace vzdušným kyslíkem + mikrobiologická oxidace
manganovými a železitými bakteriemi – následuje separace sraženin v
původním horninovém prostředí – jímání vody centrálním vrtem
kontinuální proces - tvorba
depresních kuželů
Pivokonský, ÚŽP PřF UK
23
Odstraňování NH4+
- limit NH4+ = 0,5 mg/l (MH)
Úprava podzemních a povrchových vod – 9. přednáška
- zvýšené koncentrace NH4+ (+ bakterie) = indikátor fekálního znečištění
- nebezpečí výskytu NH4+ = za přítomnosti kyslíku – biologická nitrifikace ve
vodovodní síti s dlouhou dobou zdržení – nárosty autotrofních nitrifikačních
bakterií – nepříliš silné => nitrifikace pouze na dusitany => nebezpečí
- další důsledek výskytu těchto bakterií = výskyt organického uhlíku
(extracelulární produkty + odumřelé bakterie) => nárůst heterotrofních
bakterií => celkové zhoršení mikroskopického obrazu
Jak je možné, že se v desinfikované vodě vyskytují bakterie?
- za přítomnosti NH4+ ve vodě – po desinfekci chlorem – vznik chloraminů –
nižší desinfekční účinky než volný aktivní chlor
(aby se ve vodě vyskytoval volný aktivní chlor, muselo by se chlorovat
až za bod zvratu – viz desinfekce vody)
Pivokonský, ÚŽP PřF UK
24
Odstraňování NH4+
Úprava podzemních a povrchových vod – 9. přednáška
Technologické metody:
- fyzikálně-chemické: iontová výměna, chemická oxidace, revers. osmóza
- biochemické: nitrifikace (oxidace chemolitotrofními organismy za
přítomnosti kyslíku na NO2- a NO3-)
Iontová výměna
- nevýhody: neexistuje selektivní katex, koncentrace NH4+ je ve srovnání s
ostatními kationty NÍZKÁ => vyčerpávání sorpční kapacity katexu jinými
ionty – nepříznivé změny složení vody + problém likvidace regeneračních
roztoků
Membránové procesy (RO)
- nevýhody: RO – odstranění VŠECH iontů => neselektivní a neefektivní
proces
- perspektivní snad jen sorpce na iontovýměnných materiálech na bázi
zeolitů – preference jednomocných kationtů
Pivokonský, ÚŽP PřF UK
25
Úprava podzemních a povrchových vod – 9. přednáška
Odstraňování NH4+
Chemická oxidace
= především chlorace: oxidace NH4+ na N2 nebo N2O
- nutné použít dávky chloru odpovídající minimálně bodu zvratu
- ve vodě zůstává zbytková koncentrace di- a trichloraminu – zápach =>
nutná sorpce => filtrace vody přes granulované aktivní uhlí
Odstraňování NH4+ při odželezování a odmanganování
= nekvantitativní a nereprodukovatelné
- schopnost sorpce NH4+ na vyloučených vločkách Fe(OH)3 a MnO2.xH2O
Biologická nitrifikace
= oxidace chemolitotrofními organismy za přítomnosti kyslíku na NO2- a NO32 NH4+ + 3 O2 = 2 NO2- + 4 H+ + 2 H2O (r. Nitrosomonas)
2 NO2- + O2 = 2 NO3- (r. Nitrobacter)
- část NH4+ – inkorporace do biomasy
- část O2 – spotřeba i na další oxidační procesy
Pivokonský, ÚŽP PřF UK
26
Odstraňování NH4+
Biologická nitrifikace
Úprava podzemních a povrchových vod – 9. přednáška
- technologie: provzdušnění vody + biologický reaktor
(biofilmový – odpadá separace biomasy z vody)
- reaktory:
1) běžné filtry - filtrační materiál = písek preparovaný vrstvičkou MnO2
= nosič biofilmu nitrifikačních bakterií => probíhá odstraňování NH4+ + navíc
katalytická oxidace Mn2+ iontů
2) úprava vody in-situ – část produkované upravené podzemní vody se
provzdušní – injektuje se zpět do zvodnělé vrstvy – zde probíhá biologická
oxidace NH4+ (ale i Fe2+, Mn2+)
- diskontinuální provoz – 1 vrt, kontinuální provoz – systém několika vrtů
3) provzdušňované filtry – průběžné dosycování vody kyslíkem
Pivokonský, ÚŽP PřF UK
27
Odstraňování NO3-
Úprava podzemních a povrchových vod – 9. přednáška
- limit NO3- = 50 mg/l (NMH)
- limit NO2- = 0,5 mg/l (NMH)
Doposud neexistuje obecně akceptovaná strategie odstraňování
dusičnanů z pitné vody (technologická a ekonomická náročnost)
- používané metody:
1) vodárenské = snižování koncentrace NO3- v celém objemu vody
dopravované spotřebiteli – provádí se na úpravně
2) nevodárenské = snižování koncentrace NO3- v podílu dopravené vody
určenému k pitným účelům – doúprava vody u spotřebitele – většinou
ionexy nebo reversní osmóza; distribuce balené pitné vody; dvojí rozvod
vody (pitná a užitková)
a) fyzikálně-chemické = iontová výměna, reversní osmóza,
elektrodialýza, chemická redukce)
b) biologické = biologická denitrifikace
Pivokonský, ÚŽP PřF UK
28
Odstraňování NO3Iontová výměna
Úprava podzemních a povrchových vod – 9. přednáška
- původně - silně bazické anexy – preference síranů před dusičnany
- dnes – selektivní anexy (afinita: NO3- > SO42- > Cl- > HCO3-)
silně bazický anex – typ I
ionex selektivní na dusičnany
- vodárenské využití ionexů – problém = likvidace regeneračních roztoků
(= koncentrované roztoky chloridu a hydrogenuhličitanu sodného s velkou
koncentrací dusičnanů) – pokud není možná likvidace s jinými odpadními
vodami, je to proces velmi finančně náročný – nevyplatí se
Pivokonský, ÚŽP PřF UK
29
Odstraňování NO3-
Úprava podzemních a povrchových vod – 9. přednáška
Reversní osmóza
= neselektivní proces – odstranění všech rozpuštěných látek (i těch
žádoucích = Ca a Mg) – nutná remineralizace vody rozpouštěním
vápence a dolomitu – bez současného rozpouštění CO2 nebývá úspěšná
pro dosažení doporučených hodnot
Chemická (elektrochemická) redukce
= redukce dusičnanů na amonné ionty v kyselé nebo alkalické oblasti
- redukční činidla = kovy – např. Fe, Al, Mg, Zn nebo jejich slitiny
- problém !!! redukce je obtížná a nákladná, vznikají NH4+ ionty
Pivokonský, ÚŽP PřF UK
30
Odstraňování NO3Biologická denitrifikace
- lze realizovat pouze ve větším měřítku
Úprava podzemních a povrchových vod – 9. přednáška
- společné znaky všech způsobů denitrifikace:
1) technologie – 2 stupně:
a) odstranění dusičnanů (denitrifikace) – kontaminace vody bakteriemi
b) odstranění bakterií (případně meziproduktů denitrifikace – dusitanů)
2) použití biofilmových reaktorů (nikoli suspenzní kultura)
- biomasa je přisedlá na nosiči
3) použití směsi samovolně vykultivované biomasy
- není možné pracovat ve sterilním prostředí a udržet tak monokulturu
- navíc – samovolná selekce = prosazení bakterií, kterým nejvíce
vyhovují dané podmínky => vyšší denitrifikační rychlost
Pivokonský, ÚŽP PřF UK
31
Odstraňování NO3-
Úprava podzemních a povrchových vod – 9. přednáška
Biologická denitrifikace
- autotrofní (chemolitotrofní) denitrifikační mikroorganizmy:
- nevyžadují zdroj organického uhlíku - pouze HCO3–
- nižší denitrifikační rychlost než organotrofní mikroorganizmy
- autotrofní (chemolitotrofní) sirné bakterie (Thiobacillus denitrificans)
6 NO3– + 5 S + H2O = 3 N2 + 5 SO42– + 4 H+
- voda filtrována přes směs síry a vápence rychlostí 0,1 až 0,2 m/h
(z 1 m2 filtrační plochy lze získat za hodinu 100 - 200 l upravené vody)
- vhodné pro vody s nízkým obsahem síranů (z 1 mg dusičnanu vznikají
téměř 2 mg síranů)
- autotrofní (chemolitotrofní) vodíkové bakterie (Micrococcus denitrificans)
2 NO3– + 5 H2 + 2 H+ = N2 + 6 H2O
- výhoda: nevznikají žádné další produkty kromě dusitanů
- nevýhoda: nízká rozpustnost vodíku ve vodě, nebezpečí vzniku
výbušných směsí vodíku se vzduchem
Pivokonský, ÚŽP PřF UK
32
Odstraňování NO3-
Úprava podzemních a povrchových vod – 9. přednáška
Biologická denitrifikace
- heterotrofní (organotrofní) denitrifikační mikroorganizmy:
- nejvyšší denitrifikační rychlost, ale velká tvorba biomasy
- zdroj organického uhlíku = jakýkoliv snadno dostupný biologicky
rozložitelný organický substrát (cukry, kyselina octová, methanol,
ethanol)
12 NO3– + 5 C2H5OH = 6 N2 + 8 HCO3– + 2 CO32– + 11 H2O
- mikroorganizmy potřebují fosfor => nutnost přidávat řádově mg/l
kyseliny fosforečné nebo fosforečnanu sodného
- je třeba zajistit, aby se do vodovodní sítě nedostaly zbytky organických
materiálů
- při sníženém dávkování – nebezpečí, že oxidace skončí na
přechodném stupni = na dusitanech (toxické) => nutná kontrola
procesů !!!
Pivokonský, ÚŽP PřF UK
33
Odstraňování NO3Biologická denitrifikace
Úprava podzemních a povrchových vod – 9. přednáška
Technologie:
1) náplňové kolony = klasické vodárenské filtry s různými druhy náplní
(písek, výlisky z plastických hmot, polystyren, keramika ...)
- před vstup na filtr se dávkuje ethanol a fosfáty
- požadavky na materiály – mechanicky odolné proti otěru (abraze při
praní), drsný povrch (lepší ulpění biomasy), vhodná zrnitost náplně (3-5
mm – kompromis mezi specifickým povrchem a mezerovitostí), inertnost
materiálu
2) fluidní reaktory – intenzivnější výměna hmoty, vyšší rychlosti proudění,
kratší doba zdržení, menší zařízení
- nosič biomasy = obvykle písek
- problém = nárůst biomasy => změna průměru zrn písku => změna
návrhových parametrů => nutnost regenerace písku
3) in-situ denitrifikace = denitrifikace přímo ve zvodnělé vrstvě
- přirozené denitrifikaci brání nedostatek organického substrátu =>
=> dávkování ethanolu + fosfátů do zvodnělé vrstvy (homogenizace !!!)
– samovolná kultivace denitrifikantů – jímání vody
Pivokonský, ÚŽP PřF UK
Download

Odkyselování – stabilizace vody