enskátechnická univerzita, fakulta ... · biologické čistenie pv1 / ll1 •relatívne vysoké...

Čistenie priesakových vôd zo skládok tuhého

komunálneho odpadu

1Slovenská technická univerzita, Fakultachemickej a potravinárskej technológie,Bratislava, SK

2University of Ljubljana, Faculty of Chemistry and Chemical Technology, Ljubljana, SI

KONFERENCIA PRIEMYSELNÉ EMISIE 2017

Bratislava, 10. - 11. október 2017

Ján Derco1, Andreja Žgajnar Gotvajn2

Úvod

Priesaková voda – vznik vo vrstve tuhého komunálneho

odpadu (TKO):

• presakovanie zrážkových vôd touto vrstvou,

• Prebiehajúce rozkladné procesy v tejto vrstve.

V členských štátoch EÚ:

• každý rok okolo 2 200 miliónov ton odpadu,

–okolo 70 % je skládkovaných.

Obavy z emisií priesakových vôd:

• ich toxické účinky, ak by boli uvoľnené do životného

prostredia bez čistenia.

2Priemyselné emisie 2017

Ciele práce

• Hlavný zámer tohto výskumu – štúdium kombinovaných

biologických a chemických procesov pre efektívne

čistenie priesakových vôd (PV / LL) zo skládok tuhého

komunálneho odpadu (STKO).

• Cieľové znečistenie - organické a dusíkaté látky.

• Výskum zvolených postupov - aj z hľadiska ich podielu

na zvýšení biologickej rozložiteľnosti rezistentných

organických látok a znížení toxicity PV / LL zo STKO.


Osnova prezentácie

• Charakterizovanie priesakových vôd (PV).

• Metódy / postupy čistenia PV.

• Metodika experimentov.

• Výsledky a diskusia.

• Závery.


Charakterizácia priesakových vôd (PV)

Dominantné znečisťujúce látky

• organické,

• dusíkaté / amoniakálne,

• ťažké kovy,

• špecifické znečisť. látky (AOX, endokrinné dizruptory, ...)

Veľká premenlivosť zloženia – faktory:

• zloženie / charakteristiky odpadu, hydrologické pomery v

lokalite,

• klimatické pomery, ročné obdobie, vek odpadu / PV,

výška odpadu,

• presakujúca vlhkosť.


Charakterizácia priesakových vôd (PV)

Mladá

PV

Stredná / prechodná

PVStará

PV

Vek 5 rokov 5 – 10 rokov 10 rokov

pH 6,5 6,5 – 7,5 7,5

CHSK/BSK5 3,3 3,3 – 10,0 10,0

BSK5/CHSK 0,3 0,3 – 0,1 0,1

DOC 10 g.dm-3 4 – 10 g.dm-3 4 g.dm-3

Organické zloženie 70 – 90 % NMK 10 – 30 % NMK žiadne NMK

- VMZ

Dusík 0,1 – 2,0 g.dm-3 TKN

NMK – nižšie mastné kyseliny

VMZ – vysoko molekulárne zlúčeniny

TKN – celkový Kjeldahlov dusík (H-NH4 + Norg)6

Metódy / postupy čistenia PV

Biologické čistenie - preferované postupy:

• odstraňovanie amoniakálneho znečistenia a/alebo

• ľahko rozložiteľných organických látok – prvé

štádium – mladé PV

– jednoduché, nízke náklady, účinné.

Chemické a fyzikálno-chemické procesy

• zrážanie, koagulácia, oxidácia, adsorpcia

- odstraňovanie biologicky nerozložiteľných /

rezistentných látok.



Kombinácie biologických a chemických procesov

– zvýšenie biologickej rozložiteľnosti rezistentných

organických látok

• Pokročilé oxidačné procesy (Advanced oxidation

processes / AOPs) – extrémne reaktívne hydroxylové

radikály:

– Fentonova reakcia / oxidácia

• reakcie organických látok s H2O2 v prítomnosti

FeSO4.



Kombinácie biologických a chemických procesov

• ozón - silné oxidačné činidlo

– priame reakcie molekulárneho O3 – pH 7

– hydroxylový radikálový mechanismus – pH 8

– kombinácie O3 s UV, H2O2, ... – AOPs.

Odvádzanie a recirkulácia PV.


Skúmané priesakové vody zo STKO

PV zo štyroch STKO:

• dve na Slovensku (PV1 / LL1 a PV2 / LL2),

• dve (PV3 / LL3 a PV4 / LL4) v Slovinsku.

Vzorky PV – významné odlišnosti v obsahu CHSK, N-NH4

a biologickej rozložiteľnosti.

SK:

• PV1 / LL1 – väčší obsah rezistentných látok,

• PV2 / LL2 - mladá priesaková voda – väčší obsah

biologicky rozložiteľných organických látok, N-NH4, vyšší

obsah chrómu a rozpustených látok (RL).10

Skúmané priesakové vody zo STKO

SI:

• PV3 / LL3 – stará - „mature“ (M) – 1964 - 1987

• PV4 / LL4 – mladšia – „fresh“ (F) – 1987 - ....

Obidve PV – vysoký obsah CHSK, veľká toxicita a nízka

biologická rozložiteľnosť

• dôvod pre výskum oxidačných procesov.


Priemyselné emisie 2017

Schéma ozonizačnej kolóny

4 5

2

1

3

6 6

1 – Prívod kyslíka

2 – Generátor ozónu

3 – Zmes kyslíka a ozónu

4 – Ozonizačná kolóna

5 – Deštrukcia

zvýškového ozónu

6 – Vzorkovanie

7 – Odvádzanie plynnej

zmesi

7

Schéma ozonizačného reaktora s vonkajšou recirkuláciou

6

1 – O2, 2 – generátor O3

3 – zmes O2/O3

4 – analyzátor O3

5 – reaktor

6 – Venturiho ejektor

7 – UV lampa

8 – chladiaci systém

9 – čerpadlo

10 – vonkajšia recirkulácia

reakčnej zmesi11 – odsávanie plynu z hlavy kolóny

12 – odber vzoriek 13 – odvod plynnej zmesi

13 – prebublávaná kolóna na deštrukciu zvyškového ozónu.

Ozonizačné zariadenie


Ozonizačný reaktor s vonkajšou recirkuláciou

• Produkcia ozónu z O2 – generátor O3 – fy. Lifetech

•zmes O3 a O2 – privádzaná cez Venturiho ejektor

•odsávanie O3 a O2 z hlavy reaktora (headspace).

• Deštrukcia zvyškového - prebublávaná kolóna - KI

•ozonizačná kolóna – priemer 0,08 m a výška 1,0 m

• Efektívny objem – 3,5 l; vsádzkové usporiadanie – kvapalná fáza

• kontinuálny prietok kyslíka 60 l.h-1,

• výkon generátora O3 - 50 % z maximálneho výkonu.

• vonkajšia recirkulácia - 100 l.h–1 – membránové čerpadlo.


Priemyselné emisie 2017

Schéma laboratórneho modelu aktivácie

1 – Prívod PV

2 – Odtok PV

3 – Prívod vzduchu

A – Aerácia

AD – Distribúcia vzduchu

B1, B2 – Bioreaktory / ANČS

M1, M2 – Mechanické miešanie

P1, P2 – Čerpadlá

SR – Vratný kal

SC – Dosadzovacia nádrž

T –časový spínač

16

Experimenty – Fentonova oxidácia

Pokusy s Fentonovou reakciou - dva molárne pomery

Fe2+/H2O2:

a, 1/13 (0.3 M Fe2+/4.0 M H2O2)

b, 1/0.7 (1.5 M Fe2+/1.0 M H2O2)

• pH = 4.0


Použité kinetické modely

St = S0 - k0 . t (1)

St = S0 . exp(- k1 . t) (2)

St = S0 / (1 + S0 . k2 . t) (3)

St = a . S0 . exp(-kľo . t) + (1- a) . S0 exp(-kpo . t) (4)

St – hodnota S (CHSK, TOC, ...) v PV v čase "t„ [mg.l-1]

k0, k1, k2 – rýchlostné konštanty 0., 1. a 2. poriadku

[g.m-3.h-1, h-1, g.m-3.h-1]

a – podiel ľahko oxidovateľných organických látok v PV

kľo,, kpo, - rýchlostné konštanty prvého poriadku pre ľahko a pomaly

oxidovateľné organické látky [h-1]


Biologické čistenie PV1 / LL1

• Relatívne vysoké hodnoty ECHSK pri BSK5/CHSK = 0,07.

• Obdobné výsledky - aj v literatúre - Renou et al. (2008):–

–48 až 69 % ECHSK pri BSK5/CHSK = 0,07

–42 až 57 % EDOC pri BSK5/CHSK = 0,06

–60 až 80 % ETOC pri BSK5/CHSK = 0,05.

• Výst. konc. N-NH4., N-NO3 a CHSK - prekračované limitné

hodnoty

–alternatívne riešenia:

–prídavok PUP,

– nosičov predradená denitrifikácia,

–prídavok externého zdroja uhlíka) – nedostatočné riešenie.

19

Zvýšenie biologickej rozložiteľnosti

• ozonizácia PV1 /LL1 po biol. čistení

• dvojzložkový model – 40 %

rezistentných látok

ECHSK = 58 %

- najvyššia hodnota BSK5 (260 mg.l-1)

- po 25 hod

- po cca 10,5 hod - BSK5 cca 244 mg.l-1

- BSK5/CHSK = 0,21

0 5 10 15 20 25 300

500

1000

1500

2000

2500

3000

(C

OD

)/(m

g.l

-1)

tozo

/(h)

0 5 10 15 20 25 30

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

BO

D5/C

OD

/(-)

tozo

/(h)

Kinetické testy s ozonizovanou PV1 / LL1 po BČ

Aeróbne kinetické testy s AK z LMBČ surovej PV1:

• ECHSK,24 = 55 %

• EN-NH4 = 35 %

• s adaptovaným kalom na surovú PV1 bol pozorovaný pokles

špecifickej rýchlosti odstraňovania amoniakálneho dusíka

cca o 50 % v porovnaní s neadaptovaným kalom.

Denitrifikačné testy

• ECHSK,7 = 17 %

• rX,CHSK = 86 mg.g-1.h-1

• rX,D = 10 mg.g-1.h-1

• Organické látky po ozonizácii PV1 po BČ – vhodný substrát pre

proces denitrifikácie.

21

Kombinované biologické a chemické čistenie

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 5 10 15 20 25

t [h]

CH

SK

[m

g.l-1

]

0

10

20

30

40

50

60

N-N

H 4

+ [

mg

.l-1

]

CHSK

N-NH4+

0

50

100

150

200

0 5 10 15 20 25

t [h]

N-N

O 3

- [m

g.l

-1]

0

10

20

30

40

50

60

N-N

O 2

- [m

g.l

-1]

N-NO3-

N-NO2-


Parameter Rozmer LL1 LL1ozon Vstup

do bioreaktora 1

Výstup

z bioreaktora 2

CHSK mg l-1 3827 1615 7092,3 1734,2

mg l-1 756 90,7 312,5 22,1

EN-NH4 % - 88,0 - 95,2

mg l-1 - 485 323,3 24,0

pH - 8,2 8,5 8,4 8,3

V l - - 2,1 6,3

Q l d-1 - - 3,9 3,9

h - - 12,9 38,8

X g l-1 - - 0,9 0,9

ΘX d - - 6,5 19,5

23

Porovnanie ozonovej a Fentonovej reakcie

24

Vzorka Hodnoty EC50 Mikroorganizmy

aktivovaného kalu

Vibrio

Fischeri

LL3 30minEC50 (% v/v) 13 ± 4 12 ± 2

LL4 30minEC50 (% v/v) 70 ± 3 46 ± 1

Toxicita surových PV (LL3 a LL4) voči mikroorganizmom

aktivovaného kalu a voči luminiscenčným baktériám


αCHSKoxi = 1 - CHSKt/CHSK0

CHSKminer = 1 - DOCt/DOC0

αCHSKparcoxi = αCHSKoxi – CHSKminer

αCHSKparcoxi = DOCt/DOC0 - CHSKt/CHSK0

CHSKparcoxi = αCHSKparcoxi/αCHSKoxi

Závery

• Pre štúdium biologického čistenia PV zo STKO -

aktivácia s časovou segregáciou - flexibilita -

technologické usporiadanie oxických a anoxických

procesov, prevádzkovanie a riadenia procesov.

• Ozonizácia biologicky predčistenej LL1 - zvýšenie

biologickej rozložiteľnosti a účinnosti odstraňovania

CHSK.

• Fentonova reakcia - účinnejšia pre starú priesakovú

vodu LL3 - cca dvakrát vyššia účinnosť odstraňovania

CHSK.


Závery

• Vyššia toxicita - mladšia PV4.

• Fentonova reakcia je efektívnejšia pre starú PV / PV3

ECHSK do 88 %

mladšia PV / PV4 - ECHSK iba 46 %

• O3 - výraznejšie zníženie toxicity v porovnaní s

Fentonovou reakciou.

• Nitrifikačné a denitrifikačné testy - nevyplynuli

významné toxické účinky produktov ozonizácie na

aktivitu mikroorganizmov AK.


Závery

• Dosiahnuté výsledky potvrdzujú reálnosť využitia týchto

integrovaných postupov pri čistení PV zo STKO.

– podmienky pre riadenú ozonizáciu biologicky

predčistenej priesakovej vody PV1 - zvýšenie

biologickej rozložiteľnosti.

• Výsledky - rozdielne rýchlosti odstraňovania

organického a dusíkatého znečistenia v závislosti od

druhu, resp. veku priesakovej vody – individuálny

prístup k riešeniu.


THANK YOU FOR FOR YOUR ATTENTIONTHANK YOU FOR YOUR ATTENTION

Thank you for your attention

Fentonova oxidácia mladej / fresh (F) PV

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 20 25 30

Time [min]

CO

D r

em

uv

al [%

]

Sample F1; 0.3 M Fe2+/4 M H2O2 Sample F2; 1.5 M Fe2+/1 M H2O2

F1 :

1/13 (0.3 M Fe2+/4.0 M H2O2)

ECOD = 48 %F2 :

1/0.7 (1.5 M Fe2+/1.0 M H2O2)

ECOD = 57 %


0. rád

0. rád

Fentonova oxidácia starej / mature (M) PV

M1:1/13 (0.3 M Fe2+/4.0 M H2O2)

ECOD = 85 %

M2:1/0.7 (1.5 M Fe2+/1.0 M H2O2)

ECOD = 86 %

0. poriadok

1. poriadok

0

20

40

60

80

100

0 8 10 15 20 30

Time [min]

CO

D r

em

uv

al [%

]

Sample M1; 0.3 M Fe2+/4 M H2O2 Sample M2; 1.5 M Fe2+/1 M H2O2


Ozonizácia mladej / fresh (F) PV

Dvojzložkový model

Dvojzložkový model

0

10

20

30

40

50

0 30 60 90 120

Time [min]

CO

D a

nd

DO

C r

em

ov

al [%

]

Sample F1 ozonation, COD Sample F1 ozonation, DOC

COD /CHSK

ECHSK = 42 %

DOC

EDOC = 37 %

Významný pokles toxicity –

Vibrio fischeri33Priemyselné emisie 2017

Ozonizácia skladovanej mladej / fresh (SF) PV

Dvojzložkový

model

Dvojzložkový

model

COD / CHSK

ECHSK = 42 %

DOC

EDOC = 66 %0

10

20

30

40

50

60

70

0 5 10 25 50 80 120

Time [min]

CO

D a

nd

DO

C r

em

ov

al [%

]

Sample F1 ozonation, COD Sample F1 ozonation, DOC


Ozonizácia starej / mature (M) PV

Dvojzložkový

model

Dvojzložkový

model

COD / CHSK

ECHSK = 65,2 %

DOC

EDOC = 49,9 %0

10

20

30

40

50

60

70

0 5 10 25 50 80 120

Time [min]

CO

D a

nd

DO

C r

em

ov

al [%

]

Sample M1 ozonation, COD Sample M1 ozonation, DOC


Ozonation of stored mature (SM) landfill leachate

Dvojzložkový

model

Dvojzložkový

model

COD / CHSK

ECOD = 69 %

DOC

EDOC = 68 %0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 60 120 180 240

Time [min]

CO

D a

nd

DO

C r

em

ov

al [%

]

Sample M1 ozonation, COD Sample M1 ozonation, DOC


enskátechnická univerzita, fakulta ... · biologické čistenie pv1 / ll1 •relatívne vysoké...

Documents