Wydział Inżynierii Środowiska ODNOWA WODY (water reclamation and reuse) Prof. dr hab. inż. Małgorzata KABSCH-KORBUTOWICZ Całkowita objętość wody na Ziemi wynosi ok. 1,4 mld km 3 Woda słodka Rzeki i jeziora Wody podziemne (w tym wilgoć gleby, wieczna zmarzlina, wody bagienne) Lodowce, wieczne śniegi Woda słona Wykorzystanie wody Roczny pobór wody na Ziemi ok. 4500 km 3 (Polska: 10,50 km 3 ) (przewidywany wzrost o 10% co 10 lat) rolnictwo 67% (Polska: 9,4%) cele komunalne 13% (Polska: 19,5%) przemysł 20% (Polska: 71,1 %) Dane dla roku 2015 (wg Małego Rocznika Statystycznego GUS 2016) 1
Cel oczyszczania według prawa Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 18 listopada 2014 r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi, oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego. Dz. U. z 2014 r. poz. 1800 IVº - odnowa wody KR KG PIASKOWNIK OSADNIK WSTĘPNY OSAD CZYNNY KOMORA WIELOFAZOWY ROZPR. OSADNIK WTÓRNY ZAKŁAD ODNOWY WODY ODTŁUSZCZACZ POMPOWNIA 2
Zasoby wody a jej zużycie 1. Nierównomierne rozmieszczenie przestrzenne 2. Nierównomierny spływ 3. Nieodpowiednia jakość Odnowa wody działania technologiczne zmierzające do doczyszczania ścieków w celu: ich wtórnego użycia (przemysł-przemysł, miastoprzemysł, miasto-rolnictwo) wzbogacenia zasobów i/lub ochrony przed zanieczyszczeniem wód naturalnych Odnowa wody -definicja Zespół jednostkowych procesów fizyczno-chemicznych oczyszczania ścieków stosowany w celu wtórnego użycia wody (np. w rolnictwie lub przemyśle) lub ochrony zbiorników wodnych przed zanieczyszczeniem (np. eutrofizacją). Zespół jednostkowych procesów fizyczno-chemicznych oczyszczania ścieków stosowany w celu przywrócenia wodzie właściwości spełniających normy niezbędne dla jej ponownego użycia. Czynniki decydujące o konieczności odnowy wody 1. rosnąca liczba ludności i związana z tym rosnąca konsumpcja wody, (wynikająca m.in. z wyższego poziomu życia), 2. rosnące zużycie wody przez rolnictwo. (ok. połowy pobieranej wody zużywa się (głównie w rolnictwie), zaś pozostałe 50% powraca do akwenów wodnych), 3. zmiany klimatyczne, które pogłębiają deficyty wody w różnych regionach - występowanie dłuższych okresów suchych, - zmiany w dystrybucji opadów (naprzemienne okresy suszy i powodzi), - wzrost zapotrzebowania na wodę do nawadniania upraw, - pogorszenie się jakości wód na skutek wysokich temperatur 3
W roku 2010: ilość ścieków komunalnych na świecie 680-960 mln m 3 /d z tego ok. 4% (34 mln m 3 /d) poddawanych jest odnowie i ponownemu wykorzystaniu W roku 2015 55 mln m 3 /d odnawianej wody Izrael : Do ponownego użytku trafia co roku około 355 mln m 3 ścieków oczyszczanych (135 instalacji) - około 75% oczyszczonych ścieków). Woda odzyskana to 31% całej wody zużywanej w izraelskim rolnictwie i 18% ogólnych dostaw wody w kraju dla wszystkich celów. Wykorzystanie odnowionej wody Przemysł Rolnictwo Gospodarka komunalna Precipitation Municipal use Wastewater Industrial use Wzbogacanie wód powierzchniowych Irrigation Water Treatment Wastewater Treatment Wzbogacanie wód podziemnych Groundwater Wykorzystanie odnowionej wody Rolnictwo nawadnianie upraw Tereny zielone parki boiska tereny przy drogach pola golfowe cmentarze rezydencje Przemysł Wody chłodnicze Wody kotłowe Wody technologiczne Wzbogacanie zasobów wód podziemnych magazynowanie wody zapobieganie intruzji wód słonych Rekreacja/ środowisko jeziora, stawy bagna cieki powierzchniowe wędkarstwo Niebezpośrednie użycie w miastach gaszenie pożarów systemy klimatyzacyjne spłukiwanie toalet przygotowanie betonu Cele spożywcze mieszanie z zasobami wód naturalnych bezpośrednie ponowne użycie Pipeto-pipe 4
Cena wody $/m3 05.04.2017 1.25 1.00 Koszt odsalania wody 0.75 0.50 Koszt odnowy wody 0.25 Koszt uzdatniania wody 1996 2010 Dobór układu technologicznego odnowy wody zależy od: właściwości fizyczno-chemicznych ścieków po biologicznym oczyszczaniu, wymagań odnośnie jakości odnowionej wody, warunków klimatycznych i lokalizacyjnych, możliwości finansowych Procesy jednostkowe Koagulacja (coagulation), Chemiczne strącanie (chemical precipitation), Sedymentacja (sedimentation), Filtracja pospieszna (filtration), Rekarbonizacja (recarbonation, recarbonization), Adsorpcja (adsorption), Wymiana jonowa (ion exchange), Chemiczne utlenianie (chemical oxidation), Procesy membranowe (membrane processes), Odgazowanie (gas stripping) Dezynfekcja (disinfection) 5
Układ najprostszy wymagane usunięcie zawiesin oraz nieznaczne usunięcie zw. organicznych pospieszna mikrocedze -nie Filtry 2- lub wielowarstwowe Dezynfekcja chemiczna lub UV Koagulacja solami hydrolizujacymi przy ph naturalnym Al lub Fe Obniżenie: OWO i ChZT o 60-70% SPC o 40% metale ciężkie, bakterie, wirusy 70-90% zawiesiny do kilku mg/dm 3 barwa do 2 mg Pt/dm 3 fosforany do 0,1 mg P/dm 3 Koagulacja wapnem (ph ok. 11,3) CaO CO 2 rekarbonizacja Obniżenie: efekty jak dla koagulacji solami Al lub Fe Bakterie, wirusy o > 95% Możliwy odzysk wapna (rekarbonizacja 2-stopniowa) 6
Gdy wymagane jest usunięcie N-NH 4 Koagulacja wapnem (ph ok. 11,3) CaO NH 3 odpędzanie NH 3 rekarbonizacja CO 2 Odpędzanie amoniaku Gdy wymagane jest usunięcie N-NH 4 Koagulacja solami Al lub Fe Al lub Fe selektywna wymiana jonowa Selektywna wymian jonowa na klinoptylolicie Gdy wymagane jest usunięcie N-NH 4 i pogłębione usunięcie związków organicznych Koagulacja solami Al lub Fe Al lub Fe adsorpcja Adsorpcja na węglu aktywnym selektywna wymiana jonowa 7
Gdy wymagane jest całkowite lub częściowe odsolenie CaO odpędzanie NH 3 rekarbonizacja deminaralizacja adsorpcja Gdy wymagane jest całkowite lub częściowe odsolenie Al lub Fe dejonizacja adsorpcja Gdy wymagane jest całkowite lub częściowe odsolenie Al lub Fe adsorpcja dejonizacja selektywna wymiana jonowa 8
Układy technologiczne direct/indirect potable reuse Wastewater Reclamation Technologies Advanced Treatment Methods (Example: Denver, Colorado, USA; 3800 m 3 /d plant, direct injection) CaO CO 2 oczyszczone Koag ulacja Flokulacja Sedymentacja Rekarbonizacja Zbiornik wyrównawczy Popłuczyny Filtracja UV Adsorpcja RO lub UF odgazowa nie O 3 Cl 2 Woda do picia ze ścieków NEWater Singapur Reverse Osmosis Secondary Treated Treated Used Water Effluent Microfiltration / Ultrafiltration NEWater Ultraviolet Disinfection 9
Największa na świecie instalacja membranowa do odzyskiwania wody: Sulaibiya (Kuwejt). Oczyszcza 425 tys. m 3 /d ścieków z miasta Kuwejt City i pozwala na uzyskanie ok. 350 tys. m 3 /d wody o bardzo wysokiej jakości, która może być użyta do celów rolniczych lub stanowić alternatywne źródło wody do picia The Sulaibiya Wastewater Treatment and Reclamation Plant 6thZayed Seminar, Green Economy Manama, May 2013 10