veepuhastus - keskkonnaagentuur 6 - veepuhastus.pdfvee pehmendamine seisneb vee kareduse s.o....

Keskkonnateabe Keskus | Mustamäe tee 33

Peeter EnnetITK Veebüroo

2320 aastat tagasi jõudsid vanad roomlased

järeldusele, et Tiberi jõgi on liialt solgitud ning

alustasid 312 aastat enne neitsi Maarja poja

ilmaletulekut puhta joogivee saamiseks esimese

Rooma akvedukti ehitamist.

VEEPUHASTUS


VEEPUHASTUSMAJANDUS-JOOGIVEE NING REOVEE

KVALITEEDINÄITAJAD

FÜÜSIKALISED

NÄITAJAD

Hõljuvained

Hägusus (läbipaistvus)

Värvus

Lõhn

Temperatuur

Maitse

Radioaktiivsus

KEEMILISED

NÄITAJAD

Lahustunud ained

Fluoriidid

Kloriidid

Metallid

Orgaanilised ained

Hapnik, BHT, KHT

Toitesoolad (P,N,K)

Karedus

Leelisus

pH

BIOLOOGILISED

NÄITAJAD

Bakterid

Viirused

Parasiidid

Vetikad

Algloomad

- ainult majandus-joogivee kvaliteedinäitaja

Alates 1. jaanuarist 2009 laienevad Euroopa Liidu joogivee kvaliteedinõuded ka Eestile


VEEPUHASTUSPUHASTUSMEETODID JA PÕHIPROTSESSID

MEETODID

Mehaanilised – kasutatakse setitamist raskusjõu mõjul

Keemilised – kasutatakse reagente ainete väljasadestamiseks

Bioloogilised – vee puhastamine organismide elutegevuse tulemusena

PÕHIPROTSESSID

Jämedisperssete ainete eraldamine

Koagulatsioon

Selgitamine (sageli koos kemikaalide lisamise ja koagulatsiooniga)

Desinfitseerimine

Degaseerimine

Desodoreerimine

Neutraliseerimine

Pehmendamine

Magestamine

Ainete (nt. raud) eemaldamine

Bioloogiline puhastamine


VEEPUHASTUSSETTIMINE

2

018

dg

V

Osakeste vertikaalne settimiskiirus V0 on arvutatav Stokes’i valemiga

Osakeste diameeterOsakeste

tüüp

Aeg 1m

settimiseks

Eripind

m2/m3mm m

10 104 Kruus 1 s 6*102

Settivad

osakesed

1 103 Liiv 10 s 6*103

10-1 102 Peen liiv 2 min. 6*104

10-2 10 Aleuriit 2 h 6*105

10-2 10 Algloomad 20 h 6*105

Kolloid-

osakesed

10-3 1 Savi 2 ööp. 6*106

10-3 1 Bakterid 8 ööp. 6*106

10-4 10-1 Kolloidid 2 aastat 6*107

10-5 10-2 Kolloidid 20 aastat 6*108


VEEPUHASTUSOSAKESTE SPEKTER NING KASUTATAVAD FILTRID

Osakesi võib grupeerida läbimõõdu, massi, kaalu järgi.


Koagulatsiooniks e. kalgendumiseks nim. vees leiduvate peen- ja

jämedisperssete osakeste (hõljuvad saviosakesed, huumuskolloidid)

liitumist nende omavahelise kokkukleepimise teel molekulaarjõudude

mõjul.

Osakeste liitumiseks lisatakse vette reagente (koagulante) – näiteks

alumiiniumsaulfaadi Al2(SO4)3*18H2O lahust, mis vees dissotseerub:

Al2(SO4)3 = 2Al3+ + 3SO43-

Dissotsatsiooni tulemusena osa alumiiniumi ioone adsorbeeritakse vees

olevate kolloidide ja hõljuvosakeste poolt, ülejäänud osa aga moodustab

vees lahustumatu alumiiniumhüdroksiidi Al(OH)3. Alumiiniumhüdroksiid

koaguleerub vees lahustunud kolloidide ja hõljuvate osakestega ning

moodustab helbed, mis setivad kiiresti.

VEEPUHASTUSKOAGULATSIOON


VEEPUHASTUSKOAGULATSIOON - KAKSIKKIHT

Kaksikkihi teooriad

Helmoltz

Gouy-Chapman

Stern

Kaksikkiht koosneb elektriliste ja adsorptsiooniliste

jõududega kolloidosakese pinnale seotud ioonide adsorbsest

kihist ja soojusliikumise tõttu lahuse sisemusse hajunud

difuussest kihist.

Koagulandi lisamisel kaksikkiht väheneb

Vähenevad:• z-potentsiaal (pZ) • difuusse kihi paksus• kaksikkihi paksus


VEEPUHASTUSKOAGULATSIOON – KOLLOIDSÜSTEEMI STABIILSUS

Kolloidlahus püsib stabiilsena, kui osakestevahelised eleltrostaatilised tõukejõud ületavad

osakestevahelisi Van der Vaalsi tõmbejõudusid.

Koaguleerimise (koagulandi lisamise) toime seisneb kaksikkihi z-potentsiaali vähendamisel,

mille tagajärjel kaob kolloidosakeste vaheline ‘energibarjäär’ ning osakesed liituvad Van der

Vaalsi jõudude mõjul.


VEEPUHASTUSHORISONTAALNE SETTEBASSEIN

Horisontaalses settebasseinis on aineosakestel kaks kiiruskomponenti:

V1 = Q/SH – horisontaalne kiiruskomponent, kus Q on settebasseini juhitava vee vooluhulk ning SH on settebasseini vertikaalse ristlõike pindala;

V0 –vertikaalne settimiskiirus

Settimisaeg: t1 = H/V0

Viibimisaeg: t2 = L/V1

Hüdrauliline koormus:

Q/SH = VH

kus Q – vooluhulk

SH – vertikaalse ristlõike pind


VEEPUHASTUSVERTIKATAALNE SETTEBASSEIN

Vertikaalse settebasseini tööd on on võimalik tõhustada suunates

koaguleeritud vett läbi hõljuvsetete kihi.

Hõljuvsetetega selgitis

juhitakse reagentidega segatud

vesi alt selgitisse. Selgitis

voolab vesi väikese kiirusega

läbi varem settinud hõljuvsetete

kihi ülespoole.

Kuigi hõljuvad helbed liiguvad

voolus kaootiliselt, siiski

tervikuna püsib hõljuvsetete

kiht liikumatuna - seda tänu

dünaamilisele tasakaalule vee

tõusukiiruse ja keskmise

settimiskiiruse vahel.


VEEPUHASTUSLAMELLSELGITID

Lamellselgiti töö rajaneb tõsiasjal, et

settimiskiirus ei sõltu selgiti

kõrgusest H. Selgitisse kaldpinnaliste

plaatide lisamisel saame tõhusama

ruumikasutuse.

Vajalik settimiskiirus V0 lamellselgitis:

cos0

LnS

QV

Q – vooluhulk, n – lamellplaatide arv,

SL – lamellplaadi pindala, a – plaadi

kaldenurk

(SLcos – selgiti horisontaalse

ristlõike pindala)


VEEPUHASTUSLAMELLSELGITITE TÜÜBID

Lamelli-

paketi

tüüp

Ilma

lamelli-

deta

Plaadid Plaadid Ümar-

torud

Ümar-

torud

Neli-

nurksed

torud

Kaheksa-

nurksed

moodulid

Ekvival.

diamee-

ter (mm)

-

80 mm

(vahe

40 mm)

80 mm

(vahe

80 mm)

80 mm 80 mm 80 mm 80 mm

Paigutus

-

Evival.

settimis-

pind

1 16.2 8.1 6.4 7.4 8.1 10.8

Lamelliplaatide kuju ja mõõtmed peavad tagama voolamise laminaarsed

tingimused. Hüdrauliliselt efektiivsuselt on parim kaheksanurksete

moodulitega lamellipakett.


REOVEEPUHASTUSMUDA SETTIMISKÕVER

Muda settimisel (testitakse

vähemalt 1-liitrises mõõt-

silindris) tekib 4 tsooni:

a – selge vee piirkond, b –

homogeenne suspensioon,

c – üleminekutsoon (pole

alati selgelt eristatav), d –

muda tihenemistsoon

Mudaindeks

Muda settimisvõimet väljendatakse mudaindeksi

kaudu. Muda mahuindeks (sludge volume index SVI)

on kindlates tingimustes kindla aja (tavaliselt 30 min)

jooksul settinud muda maht (cm3), milles sisaldub 1 g

kuivainet.

M

VSVI

V – muda maht, cm3

M – muda kuivaine, g


VEEPUHASTUSFILTREERIMISE PÕHIVALEM

Voolamisel läbi filtri täitematerjali pooride l kaotab vesi energiat (rõhukadu).

Väikestel kiirustel s.o. laminaarsel voolamisel on rõhukadu filtris arvutatav

Darcy valemiga:

VH

P

KR

VRVKH

P

1

V – filtratsioonikiirus, DP – rõhukadu, H – filtrikihi

paksus, m – vee dünaamiline viskoossus, K -

filtrikihi läbilaskevõime (K = C*d2, kus C on

ühikuta võrdetegur, d – täitematerjali tera

efektiivne diameeter), R = 1/K – filtrikihi takistus

Filtreerimise rõhukadu on proportsionaalne filtratsioonikiirusega, vee dünaamilise viskoossusega,

filtrikihi paksusega ning filtrikihi takistusega.


VEEPUHASTUSFILTREERIMINE - LIIVAFILTRID

Lahtises (rõhuta) filtris voolab vesi

raskujõu mõjul ülalt alla. Filtri

alumises osas on drenaaz, mille

kaudu juhitakse puhas vesi välja.

Filtreerimiskiirus V = Q/S, kus Q –

juurdevool, m3/s; S – filtri ristlõike

pind, m2.

Filtreerimisel suunatakse vesi läbi täitematerjali, milleks on liiv, antrastsiidi-

puru või mingi muu poorne materjal. Kasutatakse rõhuta- ja rõhufiltreid.

Täitematerjali diameeter +

Kihi paksus +

Filtratsiooni kiirus +

Filtri rõhukadu +

Filtreeritud vee kvaliteet - + = (-) = (-)

Tsükli kestvus + + - +

Filtri pinnakoormus + + = +

Filtreerimist mõjutavad tegurid


VEEPUHASTUSFILTRITE PESEMINE

Filtrite pesemine on äärmiselt

tähtis, kuna filtreerimise

käigus filtrimaterjali poorid

täituvad ning efektiivsus

langeb. Pesemisel

pumbatakse puhas vesi suure

intensiivsusega filtrimaterjalist

läbi vastassuunaliselt

filtreerimisele.

Pideva pesemisega filtrites

toimub üheaegselt nii

filtreerimine kui ka liiva

asendamine puhtakspestud

liivaga.


VEE- JA REOVEEPUHASTUSDESINFITSEERIMINE - KLOORIMINE

Desinfitseerimisel eemaldatakse veest bakterid kasutades keetmist,

kloorimist, osoonimist, ultraheli või ultraviolettkiirgusega töötlemist.

Enamlevinud ja ka odav meetod kloorimine, kus vette lisatakse kas gaasilist

kloori või väiksemates seadmetes kloorlubja lahust. Kloori lisamisel vette

toimub selle hüdrolüüs, mille tulemusel tekib hüpokloorishape:

Cl2 + H2O = HClO + HCl

Neutraalses ja leeliselises keskkonnas toimub HClO dissotseerumine

vastavalt võrrandile

HClO = HCl + O

kus tekkiv atomaarne hapnik on tugevate oksüdeerivate omadustega.

Kloori desinfitseeriv mõju ei ole kohene, mistõttu on vajalik vähemalt 30-min.

kontaktiaeg vee ja desinfitseeriva aine vahel enne vee kasutamist.


VEEPUHASTUSTRIHALOMETAANID (TERVISEKAITSEINSPEKTSIOON)

Trihalometaanid (THM) on järgmised vähiriskiga seonduvad ühendid: kloroform,

bromoform, dibromoklorometaan, bromodiklorometaan.

Looduslikus (toor-) vees tavaliselt THM ei ole, nad tekivad vee kloorimise

kõrvalproduktina looduslikest orgaanilistest ainetest (humiin- ja fulvohapped).

Looduslike orgaaniliste ainete eemaldamiseks tuleb pinnaveekogude vee

töötlemisel toorvett koaguleerida, selitada, filtrida ja desinfitseerida. Suuremate

koagulandikoguste kasutamisel jäävad vette mitmesugused orgaanilised

ühendid, millest vee kloorimisel tekivad kõrvalproduktid - trihalometaanid.

Kloorimisel tekkiva THM hulk oleneb temperatuurist, pH-st, kloori ja broomi

ioonide kontsentratsioonist vees.

Eestis kasutatakse joogiveeallikana puhastatavat pinnavett ainult Tallinnas ja

Narvas. Tallinn saab oma joogivee Ülemiste järvest, Narva - Mustjõe

veehaardest. Tallinna Vesi on pidevalt täiustanud oma tehnoloogiat, millesse on

alates 1996/97 lülitatud osoonimine.

Narva veepuhastusjaam vajab rekonstrueerimist ning praegu on

trihalometaanide sisaldus Narva linna joogivees probleemiks.


VEE- JA REOVEEPUHASTUSDESINFITSEERIMINE – OSOONIMINE

Osoon (O3) on hapniku allotroopne vorm, looduslikul kujul esineb põhiliselt

atmosfääri ülakihtides, kus ta tekib fotokeemilisel teel päikese kiirguse toimel.

Osooni desinfitseeriv toime põhineb osooni lagunemisel tekkival atomaarsel

hapnikul:

O3 = O2 + O

Osoon on universaalne reagent. Ta võimaldab üheagselt vett desinfitseerida,

kõrvaldada selle värvust, parandada lõhna- ja maitseomadusi. Osooni võib

kasutada selliste ühendite lagundamiseks, mis kloori toimele ei allu.

Osooni peamine puudus on aga selles, et tema mõju on lühiajaline.

Jääkosoonina teda vette ei jää. Osooni on hakatud rohkem kasutama

tehnoloogia skeemi alguses, jättes desinfitseeriva reagendi rolli kas täielikult

kloorile või lisades seda vajaliku jääkkloori tagamiseks täiendavalt pärast

põhidesinfitseerimist osooniga.

Vee osoonimine on kallis meetod (elektrienergia kulu, seadmete hind).


VEEPUHASTUSPEHMENDAMINE

Vee pehmendamine seisneb vee kareduse s.o. kaltsiumi- ja magneesiumi-

soolade eemaldamises, milleks kasutatakse vee keetmist, reagentide lisamist,

kationiitkäitlemist või kombineeritud meetodeid. Vee keetmisel laguneb

kaltsiumvesinkkarbonaat süsihappegaasiks ning veest väljasadenevaks

kaltsiumkarbonaadiks:

Reagentidega pehmendamisel seotakse Ca2+ ja Mg2+ ioonid kemikaalide

(lubi, kaltsineeritud sooda jt.) abil mittelahustuvateks ühenditeks.

Kationiidimeetodi kasutamisel filtreeritakse pehmendatav vesi läbi kationiidi,

kus Ca2+ ja Mg2+ ioonid seotakse kationiidi pinnale. Kationiitidena

kasutatakse alumosilikaate (Na kationiidid) ning kõrgmolekulaarseid

orgaanilisi ühendeid (H-kationiidid).

OHCOCaCOHCOCa 22323)(


REOVEEPUHASTUSAKTIIVMUDAPUHASTI

Aktiivmudapuhastis

e. biopuhastis kõrval-

datakse reoveest

orgaaniline aine

aktiivmuda abil.

Aktiivmudapuhasti

koosneb aerotankist

e. õhustuskambrist

ning järelselgitist.

Aktiivmuda on helbeline mass, mis koosneb orgaanilisest peenheljumist ning

mikroobidest (bakterid, ainuraksed jt.). Aktiivmuda tekib reovee õhustamisel.

Aktiivmuda kontsentratsioon (e. mudadoos) – aktiivmuda kuivaine või

orgaanilise kuivaine hulk grammides 1-s liitris vees (S, g/l).

Aktiivmuda kontsentratsiooni hinnatakse ka mudaindeksi abil. (Kindlates tingimustes

kindla aja (taval 30 min) jooksul settinud aktiivmuda maht (milliliitrites), milles sisaldub 1 g kuivainet)


REOVEEPUHASTUSBAKTERIKULTUURI KASVUFAASID

1. Lag-faas – bakterid kohanevad

toitekeskkonnaga

2. Eksponentsiaalse kasvu faas

3. Aeglustuva kasvu faas

4. Statsionaarne faas

5. Suremisfaas

X – bakterite arv või mass,

t – aeg,

– bakterite kasvukiirus,

max – bakterite maksimaalne kasvukiirus,

S – toiteainete varu,

KS – toiteainete poolküllastuskontsentratsioonSK

S

Xdt

dX

S

max

Bakterite kasvukiirust saab arvutada Monod mudeli abil (Michaelis-Menteni

võrrandi analoog)


)( CCKdt

dCS

Difuusne aeraator PindaeraatorAerotanki pind

C – lahustunud hapniku kontsentratsioon (M/L3)

Cs – lahustunud hapniku küllastuskontsentratsioon (M/L3)

K – lahustunud hapniku ülekandekoefitsient (1/T)

t – aeg (T)

Võrdle lahustunud hapniku ülekannet Ficki 1.seadusega: massivoog läbi ühikulise pindalaga pinna ajaühikus mingis suunas x on võrdeline kontsentratsiooni gradiendiga δC/ δx selles suunas

REOVEEPUHASTUSAERAATORID


REOVEEPUHASTUSLÄMMASTIKU ÄRASTAMINE AKTIIVMUDAPROTSESSIS

Lämmastiku bioloogiline

ärastamine põhineb

aeroobsete ja anaeroob-

sete keskkonnatingimuste

vaheldumisi kasutamisel.

Nitrifikatsioon toimub aeroobsetes tingimustes nitrifitseerivate bakterite toimel

kahes järgus:

NH3 + O2 → NO2− + 3H+ + 2e−

NO2− + H2O → NO3

− + 2H+ + 2e−

Denitrifikatsioon toimub anaeroobsetes tingimustes, kus nitraadid redutseeri-

takse bakterite toimel atmosfääri väljuvaks gaasiliseks lämmastikuks.

2NO3- + 10e- + 12H+ → N2 + 6H2O


REOVEEPUHASTUSFOSFORI ÄRASTAMINE AKTIIVMUDAPROTSESSIS

Fosfori bioloogiline ärastamise aluseks on anaeroobne puhastustsükkel, kus

nitraadid ja hapnik puuduvad. Neis tingimustes kasvab aktiivmudas grupp

heterotroofseid baktereid (PAO – polyphosphate-accumulating organisms),

kes on võimelised fosforit akumuleerima.

Tavaliselt sisaldab bakterite biomass 1-2% fosforit. PAO-tüüpi bakterite

kasvamisel toimub biomassi ehitamiseks kuluvale fosforitarbimisele lisaks

veel fosfori akumuleerimine bakteri rakus. Fosfori rakusisese akumuleerimise

tulemusena võib PAO-tüüpi bakterite biomassi fosforisisaldus olla kuni 5-7%.

See kõrge fosforisisaldusega bakterite biomass eraldatakse jääkmudana

puhastusseadmest ning suunatakse mudatöötlusse.

Fosfori bioloogiliseks ärastamiseks võib kasutada näiteks annuspuhastit

koos vahelduva aeroobse ja anaeroobse tsükliga. Annuspuhasti on seade,

milles reovett puhastatakse annusekaupa, s.o puhastamise ajal reaktorisse

ei tule vett juurde ega voola ka välja.



PHB – (polyhydroxy butyrate) – rakusisene ühend, mis

võimaldab fosfori ülehulgalist akumuleerimist



Fosfori bioloogiline ärastus

on sõltuv puhastatava

heitvee BHT/P vahekorrast.

Siseneva heitvee BHT/P

varieerumine mõjutab ka P

ärastuse efektiivsust. Sageli

kasutatakse P bioloogilis-

keemilist kombineeritud

ärastamist.

Fosfori bioloogilisel ärastamisel on oluline:

• Siseneva heitvee BHT/P vahekord

• Lahustunud hapniku ja nitraatide võimalikult madal sisaldus anaeroobses puhastustsüklis


REOVEEPUHASTUSREOVEESETTE TÖÖTLEMISE MEETODID

0 10 20 25 30 40 50 65 90 100%

MEHAANILINE

TÖÖTLEMINE

TIHEN-

DAMINE

Lint-

filter

Tsentri-

fuug

Filterpress

REOVEESETTE TERMILINE

TÖÖTLEMINE

Muda kuivaine sisaldus

Tihendamine

Mehaaniline töötlemine

Termiline töötlemine


REOVEEPUHASTUSREOVEESETTE ANALÜÜS

Reoveesettes analüüsitavad parameetrid:

Kuivaine, orgaaniline aine, pH, N, P

Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn

Pinnas

(mg/kg kuivaine)

Reoveesete

(mg/kg kuivaine)

Koormus pinnasele

(kg/ha/aasta)

Cd 1 – 3 20 – 40 0.15

Cu 50 – 140 1 000 – 1 750 12

Hg 1 – 1.5 16 – 25 0.1

Ni 30 – 75 300 – 400 3

Pb 50 – 300 750 – 1 200 15

Zn 150 - 300 2 500 – 4 000 30

Raskemetallide lubatavad kogused


1

PINNAVESI

Pinnavett kogutakse 2000

km2 suuruselt alalt ning

suunatakse läbi Ülemiste

järve veepuhastusjaama.

VEEPUHASTUSTALLINNA VEEPUHASTUSJAAMAS (AS Tallinna Vesi)

2

MIKROFILTRID

Toorvesi läheb läbi

mikrofiltrite, mis

eraldavad vetikad ning

hõljumi.

3

OSOONIMINE

Vesi suunatakse

basseinidesse, kus vette

juhitava osooni-õhusegu

abil hävitatakse

kahjulikud bakterid.


4

KOAGULEERIMINE

Vee selgitamiseks lisatakse

kemikaale. Settimise käigus

eraldatakse veest hõljum,

kemikaalikogumid ja sade.

VEEPUHASTUSTALLINNA VEEPUHASTUSJAAMAS (AS Tallinna Vesi)

5

FILTREERIMINE

Vesi läheb läbi aktiivsöe ja

liivafiltrite, et eemaldada

viimased osakesed ning

parandada vee maitset.

6

KLOORIMINE

Enne veevõrku

suunamist, lisatakse

veele desinfitseerimise

eesmärgil pisut kloori.


1

VÕRED

Rehad

eemaldavad

reoveest suuremad

jäätmed.

Rasvapüüdurid

eraldavad veest

rasva ning õlid.

REOVEEPUHASTUSPALJASSAARE REOVEEPUHASTUSJAAMAS (AS Tallinna Vesi)

2

SELITID

Lisatakse koagulant.

Eraldatakse settivad

orgaanilised

osakesed ja fosfor.

3

AEROTANKID

Mikroorganismid

lagundavad

biolagundatava aine

hävitades ka lahustunud

ja raskesti settiva

reostuse. Aerotankidesse

lisatakse õhku.

4

SELITID

Heitvee järelselituse

käigus eraldatakse

puhtast veest muda.

Vesi suunatakse läbi

süvamere väljalasu

merre.


REOVEEPUHASTUSPALJASSAARE REOVEEPUHASTUSJAAMAS (AS Tallinna Vesi)

5

METAANTANKID

Muda kääritatakse metaantankides, kus

bakterite toimel orgaaniline aine

laguneb. Muda anaeroobse

stabiliseerimise käigus eraldub

metaani, mida kasutatakse

mudatöötlusjaama tehnoloogilises

protsessis ning hoonete kütmiseks.

6

MUDAKÄITLUS

Mudakäitlusüksuses

jääkmuda stabiliseeritakse

ja kuivatatakse ning

segatakse tugiainetega.

Puhastusprotsessi

erinevates etappides

eraldatud muda

pumbatakse

mudatöötlusjaama.

7

KOMPOSTIMINE

81% muda kompostitakse

ja 19% viiakse prügimäele.

veepuhastus - keskkonnaagentuur 6 - veepuhastus.pdfvee pehmendamine seisneb vee kareduse s.o....

Documents