Zpracování a valorizace odpadů PDF

Obsah Úvod kap.1.Legislativa ČR v oblasti odpadového hospodářství kap.1.1. Zákon o odpadech 185/2001 Sb. kap. 1.2. směrnice EU č. 98/2008 o odpadech kap. 1.3. Biologicky rozložitelný odpad kap. 2. Analýza odpadů kap. 2.1. Příprava vzorku kap. 2.2. Základní analýza kap....

Obsah Úvod kap.1.Legislativa ČR v oblasti odpadového hospodářství kap.1.1. Zákon o odpadech 185/2001 Sb. kap. 1.2. směrnice EU č. 98/2008 o odpadech kap. 1.3. Biologicky rozložitelný odpad kap. 2. Analýza odpadů kap. 2.1. Příprava vzorku kap. 2.2. Základní analýza kap. 2.3. Spektrometrické techniky kap. 2.4. Chromatograce kap.3. Teoretické základy pro studium procesů OH 3.1. Růstová křivka mikroorganismů 3.2. Usazování 3.3. Fluidizace 3.4. Míchání kap.4. Aerobní zpracování odpadů kap.5. Anaerobní zpracování odpadů 5.1. Anaerobní zpracování kapalných odpadů 5.2. Anaerobní zpracování pevných odpadů kap.6. Čištění odpadních vod kap. 7. Recyklace odpadů https://moodle.vut.cz/mod/book/tool/print/index.php?id=479591 17.12.2024 14:07 Stránka 3 z 42  Úvod Dá se těžko stanovit, kdy člověk začal produkovat první skutečné odpady. Dokud byl přímou součástí přírody, platila i pro něj jedna z nejzákladnějších pouček a to je, že příroda sama o sobě pojem odpad nezná. V pravěku byl produkovaný odpad přírodního charakteru, po zetlení se vrátil zpět do přírody. Struktura výrobků byla i s pozdější dobou daleko jednodušší než dnes. Do dnešní doby se zachovaly pouze hliněné nádoby, keramika, později sklo. Kov se stále znovu využíval, překovával. Mnohé se změnilo v momentu, kdy se lidé začali shlukovat ve městech. Počátky nakládání s odpady lze najít již v době starověkého Říma. Úklidovými četami, které tvořili především váleční zajatci a otroci, byly odpady odváženy do jam umístěných za městem. V době císaře Augusta se situace stala nesnesitelnou a byl zřízen úřad pro odstraňování odpadu. Po zániku starověkých říší se značně snížila znalost o kultuře života ve městech, hygienické podmínky byly na velmi nízké úrovni, o čemž svědčí také přemnožení hlodavců a různé epidemie. Lidé odpady vyhazovali přímo na ulici. Kultura života ve městech se začala zlepšovat opět až v 15. století. S nástupem průmyslové revoluce se poprvé začínal využívat pojem „odpad“. I v této době se však používal velmi opatrně, spíše jako přídavné jméno k základním výrobkům či surovinám (např. odpadní ocel, odpadní olej, textilní odpad apod.) Preferoval se původ a vlastnosti těchto věcí a fakt že byly pro někoho již nepotřebné byl druhořadý. V této době se také začaly používat pojmy jako druhotné či sběrné suroviny, zbytkové materiály, vedlejší produkty apod. Decnovaný pojem „odpady“ se v ČR začal široce používat až po roce 1990 v souvislosti s novými právními předpisy a sloužil především jako něco ošklivého, odpudivého, co negativně ovlivňuje životní prostředí a jen výjimečně může sloužit k něčemu dobrému. Co je to tedy ODPAD? Pojem odpad byl decnován následovně: Odpadem je jakákoliv látka nebo předmět, kterých se držitel zbavuje nebo má v úmyslu se zbavit nebo se od něho požaduje aby se jich zbavil. Výklad, interpretace a chápání tohoto pojmu vnesla do oboru nakládání s odpady mnohá úskalí a nejasnosti, proto byl tento pojem postupně upřesňován, jak bude ukázáno v kapitole zabývající se legislativními předpisy. Již několikrát byl v souvislosti s odpady zmíněn pojem odpadové hospodářství Co je to ODPADOVÉ HOSPODÁŘSTVÍ? Odpadové hospodářství je činnost zaměřená na předcházení vzniku odpadů, na nakládání s odpady a na následnou péči o místo, kde jsou odpady trvale uloženy, a kontrola těchto činností. V souvislosti s odpadovým hospodářstvím jsou ve smyslu zákona o odpadech decnovány následující subjekty: původce odpadů, oprávněná osoba, pověřená osoba, odborný zástupce, právnická osoba a fyzická osoba oprávněná k podnikání, odpadový hospodář, provozovatel zařízení k nakládání s odpady, výrobce, dovozce, prodejce, orgány veřejné správy apod. Těchto subjektů je velké množství, proto je potřebná přesná znalost jednotlivých povinností a to nejenom proto, že pro povinné osoby jsou vypsány sankce až do výše 50 milionů Kč. Samostatným subjektem je také „osoba“ označená také jako „každý“, což je fyzická osoba nepodnikatelského charakteru – každý z nás. https://moodle.vut.cz/mod/book/tool/print/index.php?id=479591 17.12.2024 14:07 Stránka 4 z 42  kap.1.Legislativa ČR v oblasti odpadového hospodářství První právní předpisy určující jak nakládat s některými odpadovými materiály existovaly již v období první republiky. V roce 1911 byla v Brně uvedena do chodu první spalovna odpadů v ČR, která navíc jako jediná na území evropského kontinentu využívala získanou elektrickou energii pro městské osvětlení. V Praze se městské odpady shromažďovaly v překládací stanici a odvážely se k využití do přilehlých obcí za účelem krmení a výroby kompostu. Na skládkách tehdy převažoval inertní nezávadný odpad. V období mezi roky 1939-1989 bylo vydáno celkem 31 zákonů, vládních nařízení a vyhlášek, které se přímo týkají odpadového hospodářství. Lze konstatovat, že před rokem 1989 byla právní úprava v oblasti odpadového hospodářství na vysoké odborné úrovni, byla jednoduchá a jednoznačná. Maximální důraz byl kladen na opětovné použití výrobků a na materiálové využití odpadových surovin. Po roce 1989 nastala ve vývoji změna a daleko větší důraz byl kladen na ochranu životního prostředí a otázka využití druhotných surovin se téměř potlačila. V roce 1991 vyšel první zákon o odpadech č.238/1991 Sb. V roce 1997 byl schválen další zákon č. 125/1997 Sb. a po dalších šesti letech v roce 2001 zákon 185/2001 Sb. ze kterého se vychází do dnes. Neustálé přepracování zákonů a vydávání vyhlášek a prováděcích předpisů vedlo k tomu, že zákon o odpadech je rozsáhlejší, složitější, nepřehlednější a konuiktnější. V roce 2008 Evropská unie schválila novou směrnici Evropského parlamentu a Rady č. 98/2008 o odpadech. Česká republika se zavázala implementovat tuto směrnici do legislativního řádu nejpozději do prosince 2010. V plánu byl vznik nového zákona o odpadech, který se však nepodařilo včas připravit. Došlo tedy pouze k novelizaci zákona 185/2001 Sb. a vznikla tzv. Euronovela zákona o odpadech č.154/2010 Sb. https://moodle.vut.cz/mod/book/tool/print/index.php?id=479591 17.12.2024 14:07 Stránka 5 z 42  kap.1.1. Zákon o odpadech 185/2001 Sb. Zákon 185/2001 Sb. o odpadech Zákon decnuje základní pojmy, všeobecné povinnosti, zvláštní ustanovení, evidence a ohlašování odpadů, plány odpadového hospodářství, ekonomické nástroje a výkon veřejné správy. Nevztahuje se na odpadní vody,odpady z hornické činnosti odpady drahých kovů, radioaktivní odpady, emise do ovzduší, mrtvá těla a koncskáty živočišného původu, vytěžené zeminy, hlušiny a sedimenty. Základní pojmy: a) Odpad je každá movitá věc, které se osoba zbavuje nebo má úmysl nebo povinnost se jí zbavit a přísluší do některé ze skupin odpadů uvedených v příloze č. 1 k tomuto zákonu. Ke zbavování se odpadu dochází vždy, kdy osoba předá movitou věc, příslušející do některé ze skupin odpadů uvedených v příloze č. 1 k tomuto zákonu, k využití nebo k odstranění ve smyslu tohoto zákona nebo předá-li ji osobě oprávněné ke sběru nebo výkupu odpadů podle tohoto zákona bez ohledu na to, zda se jedná o bezúplatný nebo úplatný převod. Ke zbavování se odpadu dochází i tehdy, odstraní-li movitou věc příslušející do některé ze skupin odpadů uvedených v příloze č. 1 k tomuto zákonu osoba sama. Pokud vlastník v řízení o odstranění pochybností podle § 78 odst. 2 písm. h) neprokáže opak, předpokládá se úmysl zbavit se movité věci příslušející do některé ze skupin odpadů uvedených v příloze č. 1 k tomuto zákonu, která vzniká u právnických osob nebo fyzických osob oprávněných k podnikání jako vedlejší produkt při výrobě nebo přeměně energie, při výrobě nebo nakládání s látkami nebo výrobky nebo při jejich využívání nebo při poskytování služeb, nebo jejíž původní účelové určení odpadlo nebo zaniklo. Osoba má povinnost zbavit se movité věci, příslušející do některé ze skupin odpadů uvedených v příloze č. 1 k tomuto zákonu, jestliže ji nepoužívá k původnímu účelu a věc ohrožuje životní prostředí nebo byla vyřazena na základě zvláštního právního předpisu. b) nebezpečný odpad - odpad vykazující jednu nebo více nebezpečných vlastností uvedených v příloze č. 2 k tomuto zákonu, c) odpadové hospodářství - činnost zaměřená na předcházení vzniku odpadů, na nakládání s odpady a na následnou péči o místo, kde jsou odpady trvale uloženy, a kontrola těchto činností, d) nakládání s odpady - shromažďování, sběr, výkup, přeprava, doprava, skladování, úprava, využití a odstranění odpadů, e) shromažďování odpadů - krátkodobé soustřeďování odpadů do shromažďovacích prostředků v místě jejich vzniku před dalším nakládáním s odpady, f) skladování odpadů - přechodné soustřeďování odpadů v zařízení k tomu určeném po dobu nejvýše 3 let před jejich využitím nebo 1 roku před jejich odstraněním, g) skládka - zařízení pro trvalé uložení odpadu na zemi nebo do země h) sběr odpadů - soustřeďování odpadů právnickou osobou nebo fyzickou osobou oprávněnou k podnikání od jiných subjektů za účelem jejich předání k dalšímu využití nebo odstranění, i) výkup odpadů - sběr odpadů v případě, kdy odpady jsou právnickou osobou nebo fyzickou osobou oprávněnou k podnikání kupovány za sjednanou cenu, j) úprava odpadů - každá činnost, která vede ke změně chemických, biologických nebo fyzikálních vlastností odpadů (včetně jejich třídění) za účelem umožnění nebo usnadnění jejich dopravy, využití, odstraňování nebo za účelem snížení jejich objemu, případně snížení jejich nebezpečných vlastností, k) opětovné použití - postupy, kterými jsou výrobky nebo jejich části, které nejsou odpadem, znovu použity ke stejnému účelu, ke kterému byly původně určeny, l) využití odpadů - činnost, jejímž výsledkem je, že odpad slouží užitečnému účelu tím, že nahradí materiály používané ke konkrétnímu účelu, a to i v zařízení neurčeném k využití odpadů podle, nebo že je k tomuto konkrétnímu účelu upraven; v příloze č. 3 k zákonu o odpadech je uveden příkladný výčet způsobů využití odpadů, m) příprava k opětovnému použití - způsob využití odpadů zahrnující čištění nebo opravu použitých výrobků nebo jejich částí a kontrolu provedenou osobou oprávněnou podle zvláštního právního předpisu spočívající v prověření, že použitý výrobek nebo jeho část, které byly odpady, jsou po čištění nebo opravě schopné bez dalšího zpracování opětovného použití, n) materiálové využití odpadů - způsob využití odpadů zahrnující recyklaci a další způsoby využití odpadů jako materiálu k původnímu nebo jiným účelům, s výjimkou bezprostředního získání energie, https://moodle.vut.cz/mod/book/tool/print/index.php?id=479591 17.12.2024 14:07 Stránka 6 z 42  o) recyklace odpadů - jakýkoliv způsob využití odpadů, kterým je odpad znovu zpracován na výrobky, materiály nebo látky pro původní nebo jiné účely jejich použití, včetně přepracování organických materiálů; recyklací odpadů není energetické využití a zpracování na výrobky, materiály nebo látky, které mají být použity jako palivo nebo zásypový materiál, p) odstranění odpadů - činnost, která není využitím odpadů, a to i v případě, že tato činnost má jako druhotný důsledek znovuzískání látek nebo energie; v příloze č. 4 k zákonu o odpadech je uveden příkladný výčet způsobů odstranění odpadů, q) zpracování odpadů - využití nebo odstranění odpadů zahrnující i přípravu před využitím nebo odstraněním odpadů, r) prvotním původcem odpadů - každý, při jehož činnosti vzniká odpad, s) původce odpadů - právnická osoba nebo fyzická osoba oprávněná k podnikání, při jejichž činnosti vznikají odpady, nebo právnická osoba nebo fyzická osoba oprávněná k podnikání, které provádějí úpravu odpadů nebo jiné činnosti, jejichž výsledkem je změna povahy nebo složení odpadů, a dále obec od okamžiku, kdy nepodnikající fyzická osoba odpad odloží na místě k tomu určeném; obec se současně stane vlastníkem tohoto odpadu, t) oprávněná osoba - každá osoba, která je oprávněna k nakládání s odpady podle tohoto zákona nebo podle zvláštních právních předpisů, Zákon decnuje základní pojmy, všeobecné povinnosti, zvláštní ustanovení, evidence a ohlašování odpadů, plány odpadového hospodářství, ekonomické nástroje a výkon veřejné správy. Nevztahuje se na odpadní vody,odpady z hornické činnosti odpady drahých kovů, radioaktivní odpady, emise do ovzduší, mrtvá těla a koncskáty živočišného původu, vytěžené zeminy, hlušiny a sedimenty. Všeobecné povinnosti: Každý má při své činnosti nebo v rozsahu své působnosti předcházet vzniku odpadů, omezovat jejich množství a nebezpečné vlastnosti způsobem který neohrožuje lidské zdraví a životní prostředí Osoba oprávněná k podnikání která uvádí na trh výrobky, je povinna uvádět v původní dokumentaci výrobku, na obalu, v návodu na použití apod. informace o využití nebo odstranění nespotřebovaných částí výrobku Každý má při své činnosti nebo v rozsahu své působnosti povinnost v mezích daných zákonem zajistit přednostně využití odpadu před jeho zneškodněním Ředění nebo míšení odpadů za účelem splnění kritérií pro jejich přijetí na skládku a míšení nebezpečných odpadů navzájem s ostatními odpady je zakázáno Původce odpadu je povinen zařazovat odpady podle druhů a kategorií a zabezpečovat odpady před jejich znehodnocením, odcizením, nebo únikem Původce odpadu je povinen vést průběžnou evidenci o odpadech a způsobech nakládání s nimi a to za každý druh odpadu samostatně. Evidence musí být uchována minimálně po dobu 5 let Původce odpadu je povinen umožnit kontrolním orgánům přístup do objektů a prostorů a na vyžádání předložit dokumentaci a poskytnout pravdivé a úplné informace spojené s nakládáním s odpady. Rozsah vedení evidence a ohlašování odpadů stanovuje vyhláška MŽP č. 383/2001 Původce nebo oprávněná osoba je povinna zaslat roční hlášení o produkci a nakládání s odpady do 15. února následujícího roku jestliže produkuje nebo nakládá : S více než 100kg NO za kalendářní rok S více než 100t OO za kalendářní rok Pro nakládání s NO je nutné mít povolení příslušného orgánu. Evidenční list přepravy NO je nutné archivovat 3roky Rozsah vedení evidence a ohlašování obalů a odpadů z odpadů stanovuje zákon č. 477/2001 a vyhláška č. 641/2004 Další části zákona o odpadech: zvláštní ustanovení pro některé druhy odpadů, plány odpadového hospodářství, ekonomické nástroje, výkon veřejné správy https://moodle.vut.cz/mod/book/tool/print/index.php?id=479591 17.12.2024 14:07 Stránka 7 z 42  kap. 1.3. Biologicky rozložitelný odpad Podle jedné z řady decnic je biologicky rozložitelným odpadem (BRO) jakýkoli odpad, který podléhá aerobnímu nebo anaerobnímu rozkladu. Směrnice Rady o skládkách 1999/31/ES ukládá členským státům omezit množství biodegradabilního odpadu ukládaného na skládky a pro biodegradabilní komunální odpad (BRKO) stanovuje pro dané časové intervaly procentuelní snížení množství odpadu ukládaného na skládky. BRKO tvoří, jak bylo stanoveno analýzami, kolem 30 – 40 % komunálního odpadu v celé Evropě. Jeho sběr, zpracování a odstraňování je velkým problémem. Tento materiál je fermentabilní, a proto není vhodné jej skládkovat, vyšší obsah vody navíc zhoršuje energetické využití. Z těchto důvodů se nakládání s BRKO i BRO stalo významnou otázkou politiky EU, zejména, pro splnění cíle snížení množství tohoto odpadu ukládaného na skládky. Skládková Směrnice považuje omezení množství BRKO ukládaného na skládky za klíčovou strategii pro omezování emisí metanu a omezení produkce škodlivých průsaků. EU nemá dosud jednotnou strategii, jak s těmito nakládat. Seznam bioodpadů využitelných v zařízení k využívání bioodpadů včetně seznamu bioodpadů využitelných v malém zařízení podle § 33b odst. 1 písm. a) zákona a požadavky na kvalitu odpadů vstupujících do technologie jejich materiálového využívání jsou uvedeny v příloze č. 1. Vyhlášky 341/2008Sb. Tato vyhláška také udává technické požadavky na vybavení a provoz zařízení biologického zpracování bioodpadů. Zpracováním a hygienickými pravidly pro zacházení s vedlejšími produkty živočišného původu a získanými produkty, které nejsou určeny k lidské spotřebě se zabývá nařízení Evropského parlamentu a Rady 1774/2002. https://moodle.vut.cz/mod/book/tool/print/index.php?id=479591 17.12.2024 14:07 Stránka 9 z 42  kap. 2. Analýza odpadů Prvním krokem pro provedení přesné a správné analýzy v laboratoři je vždy zabezpečení kvality výsledků. Zabezpečení kvality je soubor plánovaných systematicky prováděných činností, které zajišťují že výsledky mají s vysokou pravděpodobností předepsanou kvalitu. Systém zabezpečení kvality se skládá ze dvou skupin činností: 1) řízení kvality: zahrnuje v sobě všechna opatření která slouží k naplnění požadavků kvality jako např. vhodné vybavení a zařízení, kalibrace, standardní operační postupy, odborná kompetence pracovníků aj. 2) prověřování kvality: zahrnuje v sobě všechny činnosti sloužící k vyhodnocení účinnosti řízení kvality a k monitorování zda je systém ve stavu statistické regulace - např. opakovaná měření, regulační diagramy, mezilaboratorní zkoušky aj. Systém zabezpečení kvality výsledků je popsán v několika dokumentech. Jedním z nich je např. norma ČSN EN ISO 17025. Splnění požadavků této normy může laboratoř vést k získání tzv. akreditace. Akreditace znamená oprávnění k určité činnosti nebo ověření a uznání takového oprávnění. Akreditaci jako oprávnění uděluje tzv. akreditační autorita. V případě akreditace analytických laboratoří toto oprávnění uděluje Český institut pro akreditaci, který vystupuje pod zkratkou ČIA. V rámci zabezpečení kvality výsledků se je třeba seznámit s následujícími pojmy: a) Přesnost - je to těsnost souhlasu mezi nezávislými výsledky zkoušky získanými za předem decnovaných podmínek. Přesnost závisí na rozdělení náhodných chyb a nemá vztah ke skutečné hodnotě. Obvykle se uvádí ve formě směrodatné odchylky. Často se využívá pro vyjádření přesnosti tzv. nejistota měření. Rozlišujeme tzv. nejistotu typu A, typu B a kombinovanou nejistotu měření. b) Správnost - je to těsnost souhlasu mezi výsledkem měření a skutečnou hodnotou měřené veličiny. Pro ověření správnosti se používají certickované referenční materiály. K vyhodnocení se používají metody statistické analýzy, nejčasteji Studentův test a Lordův test. graccké vyjádření přesnosti a správnosti a) výsledky správné ale nepřesné, b) výsledky přesné ale nesprávné, c) výsledky přesné a správné c) Validace - získání důkazu ve formě dokumentace, který poskytuje vysoký stupeň jistoty, že určitý proces bude trvale poskytovat produkt odpovídající předem určené specickaci, prokázání toho, že určitý postup je vhodný pro zamýšlené použití, proces při kterém se určuje vhodnost použití daného systému pro získání relevantních dat. Pro validaci je kritický výběr validačních parametrů, kritérií jak získat dostatek údajů aby bylo možné posoudit zda metoda či systém jsou vhodné pro zamýšlený účel. Mezi validační parametry se řadí: přesnost, správnost, limit detekce, limit kvantickace, citlivost, pracovní rozsah, odchylka analýzy, rychlost analýzy, robusnost, selektivita, bezpečnost, cena. d) Limit detekce - množství analytu, které lze ještě spolehlivě prokázat (vyvolá odezvu v systému rozpoznatelnou od ostatních vlivů). Vypočítává se nejčastěji jako trojnásobek směrodatné odchylky slepého pokusu: LOD = x0 + 3s e) Limit kvantickace - množství analytu, které lze s decnovanou přesností ještě stanovit, často nejnižší bod kalibrace. Vypočítává se nejčastěji jako desetinásobek směrodatné odchylky slepého pokusu: LOD = x0 + 10s https://moodle.vut.cz/mod/book/tool/print/index.php?id=479591 17.12.2024 14:07 Stránka 10 z 42  graccké vyjádření limitů detekce a kvantickace f) Citlivost - hodnota změny signálu při změně analyzované složky ve vzorku u metod s dostatečně lineárním kalibračním vztahem nebo také směrnice kalibrační závislosti g) Pracovní rozsah - rozsah mezi limitem kvantickace a limitem linearity v němž metoda poskytuje použitelné výsledky h) Odchylka, výtěžnost - podíl z množství analytu přítomného ve vzorku zkoušeného materiálu nebo přidanému k němu, který je extrahován a podrobován měření, nebo také podíl rozdílu mezi údaji měřícího systému při měření vzorku se známým přidaným množstvím analyti či složky a vzorku bez přídavku a přidaného množství R = (cobs/cref) x 100 i) Robustnost - robustnost analytického postupu je mírou jeho kapacity zůstat netečný vůdči malým, ale záměrným změnám parametrů metody. Robustnost je experimentálně zjišťována pomocí záměrného vnášení malých změn do metody a zkoumání jejich důsledků j) Selektivita - udává rozsah do kterého může být jednotlivý analyt nebo skupina analytů stanoven (stanovena) v komplexní směsi aniž by došlo k interferenci s ostatními složkami ve směsi. Metoda, která je naprosto selektivní pro analyt nebo skupinu analytů je metoda speciccká https://moodle.vut.cz/mod/book/tool/print/index.php?id=479591 17.12.2024 14:07 Stránka 11 z 42  kap. 2.1. Příprava vzorku Každý analytický proces se skládá ze 4 základních kroků: 1) odběr vzorku, 2) úprava vzorku, 3) měření, 4) vyhodnocení dat. Vzorkování je nejdůležitější částí analytického postupu a zásadně ovlivňuje velikost rozšířené nejistoty metody. Vzorkování není jakékoliv odebrání vzorku, ale účelu podřízené, cíleně vypracované schéma na základě vlastností posuzovaného hromadného materiálu získaného během organizovaného vzorkování. Doporučené postupy pro vzorkování udávají příslušné normy ČSN. Význam výsledků vzorkování které nejsou součástí systému jakosti bývá často označován pouze za nákladný informační šum. Pro analýzu se ze systému odebírají tzv. dílčí vzorky, které se následně smíchají čímž vznikne průměrný základní vzorek. Z průměrného vzorku se postupem nazvaným kvartování připravují redukované vzorky, které se znovu kvartují až vznikne zkušební vzorek o požadovaném množství. K odběru vzorků se používá celá řada různých nástrojů, lopatky, násosky, vrtáky apod. vyrobené ze speciálního materiálů který nekontaminuje vzorek. Kromě manuálního vzorkovaní pomocí různých nástrojů existují také plně automatizované systémy. Podle typu odběru vzorku lze rozlišit: jednorázový odběr: odběr podává informace o okamžitém stavu opakovaný odběr: odběr pro zjištění variability vzorku v čase/ prostoru schéma procesu kvartování Neméně důležitou částí odběru vzorků je fáze skladování vzorků. Pro skladování vzorků je třeba zvolit vhodnou nádobu a skladovací podmínky. Do skleněných nádob se odebírají vzorky pro stanovení barvy, pachu, zákalu, pH, kyslíku, BSK, CHSK, TOC, fosforu, síranů, dusičnanů, dusitanů, AOX, tenzidů, tuků, uhlovodíků. Do nádob z borosilikátového skla se odebírají vzorky pro stanovení kovů a fenolů. Do plastových nádob se odebírají vzorky pro stanovení sodíku, draslíku, vápníku, hliníku, uuoridů, kyanidů. V některých případech je žádoucí vzorek konzervovat. Pro stanovení kovů se vzorek např. okyseluje kyselinou dusičnou, v případě analýzy rtuti kyselým roztokem dichromanu draselného, v případě analýzy arsenu nebo hliníku kyselinou chlorovodíkovou. Vzorky pro stanovení BSK a CHSK, síranů, fosforečnanů a dusičnanů se ochlazují na 4°C apod. V analytické laboratoři může být vzorek dále upravován, nejčastěji se používá metod rozkladu a zakoncentrování. Rozkladné techniky lze rozdělit podle způsobu jakým se rozklad vzorku provádí na: rozklad na mokré cestě: K rozkladu se používá nejčastěji minerálních kyselin, jejich směsí, či kyselin s přídavkem oxidačního činidla, nejčastěji peroxidu vodíku. Rozklad lze provádět za běžných podmínek jako otevřený rozklad (může být se zvýšenou teplotou) nebo jako uzavřený rozklad, který se provádí za zvýšené teploty a tlaku nejčastěji v mikrovlnných pecích. rozklad na suché cestě: Vzorek se zuhelňuje a zpopelňuje při teplotách 500-800°C v pecích a získaný popel se louží vodou nebo minerálními kyselinami. K zakoncentrování lze použít základní nakoncentrování odparem, při kterém ale může docházet k nekontrolovatelným ztrátám těkavých látek, nebo pomocí destilace. Zvláštním postupem zakoncentrování vzorku je extrakce. Rozlišují se extrakce: extrakce kapalina-kapalina - extrakce vodného roztoku organickým rozpouštědlem, vytvoření vodné a organické fáze. extrakce pevná fáze-kapalina - extrakce pevného vzorku kapalinou, využívá různých postupů jako např. Soxhletovu extrakci, tlakovou extrakci, extrakci tekutinou v nadkritickém stavu apod. extrakce kapalina-pevná fáze - extrakce pevnou fází. Nejčastěji je kapalný vzorek pumpován přes kolonu s pevnou látkou, který zachytí cílový analyt. Po zachycení analytu v koloně je analyt z kolony vymýván příslušnou mobilní fází. extrakce plyn-pevná fáze - Probíhá ve statickém nebo dynamickém uspořádání. Ve statickém uspořádání se využívá tzv. SPME metody (solid phase microextraction). Vzorek je uzavřen ve vialce s nepropustným septem, ve vialce je ponechán volný prostor pro plynnou fázi. Dochází k vytvoření koncentrační rovnováhy analytu mezi kapalnou a plynnou fází. Plynná fáze se vzorkuje pomocí vlákna které propíchne septum. Analyt v plynné fázi se sorbuje na materiál vlákna. Po ukončení extrakce je vlákno vysunuto a analyt desorbován např. v plynovém chromatografu. Při dynamickém uspořádání je vzorek kapaliny probubláván inertním plynem, který unáší těkavý analyt na sorpční kolonu obsahující aktivní uhlí či jiný materiál. Po ukončení extrakce je analyt z kolony desorbován zahřátím kolony. https://moodle.vut.cz/mod/book/tool/print/index.php?id=479591 17.12.2024 14:07 Stránka 12 z 42  kap. 2.2. Základní analýza Stanovení zákalu: Zákal způsobují především suspendované nerozpuštěné látky a koloidní látky (jíly, hydroxid- oxidy Fe a Mn, koloidy, plankton, bakterie, řasy). Zákal souvisí s průhledností. Měří se spektrofotometricky l= 860 nm. Kalibračními standardy jsou suspenze formazinu. Podle toho zda je měřeno procházející nebo rozptýlené záření lze rozlišit metody nefelometrické a metody turbidimetrické. Princip turbidimetrie a nefelometrie Stanovení kyslíku: Množství kyslíku se stanovuje jodometricky nebo elektrochemicky. Jodometrická Winklerova metoda: Kyslík reaguje v alkalickém prostředí s hydroxidem manganatým za vzniku ekvivalentního množství hydroxidu manganitého a manganičitého. Po přidání jodidu draselného a okyselení roztoku mangan s vyšším oxidačním číslem oxiduje jodid na jod, který se titruje odměrným roztokem thiosíranu sodného. Elektrochemické stanovení: využívá se sondy složené z dvojice elektrod a vhodného elektrolytu, které jsou od měřeného roztoku odděleny selektivní membránou. Tato membrána propouští pouze plyny a jen kyslík reaguje s elektrodami (je redukován na hydroxidové ionty). Vzniklý proud je úměrný transportní rychlosti kyslíku membránou a tedy i parciánímu tlaku rozpuštěného kyslíku ve vzorku vody. Skupinové stanovení rozpuštěných organických látek: Biochemická spotřeba kyslíku: Hmotnostní koncentrace rozpuštěného kyslíku spotřebovaného za stanovených podmínek biochemickou oxidací organických a anorganických látek (anorganickými látkami se myslí především amoniakální dusík). Hodnotu BSK lze považovat za míru koncentrace biologicky rozložitelných organických látek ve vodě. Uplatňuje se především v čistírnách odpadních vod při vypouštění čištěných vod do vod povrchových, stanovuje se ale i u vod povrchových a odpadních. U povrchových vod patří hodnota BSK k 15 ukazatelům pro klasickaci jakosti vod. BSK se stanovuje i u samotných organických látek v g O2 na g látky – tzv. speciccká BSK. Hodnota BSK závisí na době inkubace. Aby bylo možné výsledky stanovení porovnávat, používají se standardní testy. Mezinárodně unickovanou metodou je tzv. zřeďovací metoda BSK5.Metoda počítá se stanovením obsahu rozpuštěného kyslíku v předem upraveném vzorku vody v nultý a pátý den inkubace. Ke stanovení BSK lze použít i respirometrických metod založených na principu plynoměrné analýzy. Výhodou je přímé stanovení úbytku kyslíku bez nutnosti ředění vzorku, nevýhodou náročnost a nutnost speciálního vybavení. Hodnoty BSK získané zřeďovací a respirometrickou metodou nelze porovnávat Jako uzanční podmínky pro stanovení BSK5 zřeďovací metodou byly stanoveny: 1) Doba 5dnů 2) Teplota 20°C 3) Vyloučení přístupu kyslíku a světla 4) Aerobní podmínky během celé doby inkubace Hodnota BSK je dána rozdílem rozdílem rozpuštěné koncentrace kyslíku v nultý a pátý den experimentu. Chemická spotřeba kyslíku: https://moodle.vut.cz/mod/book/tool/print/index.php?id=479591 17.12.2024 14:07 Stránka 13 z 42  Hmotnostní koncentrace kyslíku ekvivalentní hmotnosti silného oxidačního činidla spotřebovaného za uzančních podmínek na oxidaci oxidovatelných látek v 1l vody. Jako oxidační činidla se používají manganistan draselný (CHSKMn) a dichroman draselný (CHSKCr). Výhodou CHSKMn je rychlost stanovení a malá spotřeba energie a činidel na rozdíl od CHSKCr. Nevýhodou CHSKMn je pak nízký stupeň oxidace organických látek. Při CHSKMn se vzorek okyselený kyselinou sírovou se 10 minut zahřívá při 96°C s přidaným množstvím manganistanu. Úbytek manganistanu se stanoví po přídavku standardního roztoku šťavelanu sodného a zpětnou titrací nezreagovaného množství šťavelanu manganistanem draselným. Při CHSKCr se vzorek okyselený kyselinou sírovou se 2 hodiny zahřívá při 100°C s přidaným množstvím dichromanu. Nespotřebované množství dichromanu se stanoví titrací roztokem síranu diamonno-železnatého na indikátor feroin nebo spektrofotometricky při 600nm. Reakci katalyzují Ag+, pro odstranění chloridů se přidává síran rtuťnatý. Stanovení celkového uhlíku (TC): Stanovení je založeno na principu oxidace organických látek na CO2 při teplotách 700- 1000 °C., popř. oxidace organických látek na mokré cestě pomocí peroxodisíranu draselného. Takto se stanoví TC. Analyzátory většinou umožňují i stanovení TIC (anorganický uhlík). TOC (organický uhlík) je pak dán rozdílem TC – TIC. Vzniklý CO2 je většinou detekován pomocí IČ analýzy, popř. coulometricky nebo potenciometricky. Kalibrace se provádí pomocí ftalanu draselného (TC) a hydrogenuhličitanu sodného (TIC) https://moodle.vut.cz/mod/book/tool/print/index.php?id=479591 17.12.2024 14:07 Stránka 14 z 42  kap. 2.3. Spektrometrické techniky Molekulová absorpční spektrometrie (UV-VIS): Podstatou molekulové absorpční spektrometrie je absorpce elektromagnetického záření o vlnových délkách 200-800 nm. Při absorpci dochází k excitaci valenčních elektronů. Vzhledem k přítomnosti rotačních a vibračních energetických podhladin jsou měřená spektra spojitá-pásová. Měření se vyhodnocuje z kalibrační křivky za použití principu Lambert-Beerova zákona. Instrumentální uspořádání a princip molekulové absorpční spektrometrie Molekulová absorpční spektrometrie se používá pro stanovení celé řady anorganických analytů: stanovení železa: využívá reakce dvojmocného železa s 1,10 fenantrolinem, kdy při pH 3-4 vzniká červenooranžový komplex s lmax = 510 nm. stanovení amonných iontů: využívá reakci s Nesslerovým činidlem kdy vzniká žlutohnědý roztok s lmax = 410 nm. stanovení dusičnanů: je založeno na schopnosti kyseliny dusičné (uvolněné pomocí H2SO4) nitrovat některé aromatické látky za vzniku barevných nitroderivátů. Používá se např. 2,6-dimethylfenol, 4-uuorfenol, nebo kyselina salicylová. Stanovení s kyselinou salicylovou je nejpoužívanější. Vzniká žlutý nitroderivát s lmax = 415nm stanovení fosforečnanů: reakce s molybdenananem amonným. Vzniká žlutý heterokomplex polykyseliny molybdátofosforečné H4P(Mo12O40) který po redukci kyselinou askorbovou přechází na molybdáto-fosforečnanovou modř s lmax = 690 nm Atomová absorpční spektrometrie: Technika AAS je principielně podobná s technikou MAS, s rozdílem že záření absorbují volné atomy místo molekul. Podle typu atomizace lze rozlišit plamenovou AAS (F-AAS) a elektrotemickou AAS (ET-AAS). Technika se používá pro analýzu řady prvků periodické soustavy. Instrumentální uspořádání a princip atomové absorpční spektrometrie Atomová emisní spektrometrie: Podle zdroje záření lze rozlišit plamenovou AES (F-AES) nebo AES s indukčně vázanou plazmou (ICP-AES). Za vyšší teploty se rozpouštědlo ihned odpaří a zanikají chemické vazby v přítomných molekulách. Energie plamenu/plasmy je dostatečná k tomu, aby došlo k excitaci elektronů přítomných atomů do vyšších energetických hladin. Protože excitované stavy jsou nestabilní, vrací se vybuzené elektrony zpět do původních energetických hladin a přitom emitují foton o přesně decnované vlnové délce určené energetickým rozdílem obou hladin. Intenzita signálu vzniklá přechody energetických hladin analyzovaného prvku odpovídá koncentraci prvku v analyzovaném vzorku. https://moodle.vut.cz/mod/book/tool/print/index.php?id=479591 17.12.2024 14:07 Stránka 15 z 42  Instrumentální uspořádání a princip atomové emisní spektrometrie Hmotnostní spektrometrie: Roztok vzorku je zmlžen a vzniklý aerosol je proudem argonu veden do hořáku, ve kterém je za pomoci střídavého vysokofrekvenčního magnetického pole udržováno argonové plazma o teplotě 6000-10000°K. Za takových podmínek se rozpouštědlo ihned odpaří a zanikají chemické vazby v molekulách přítomných sloučenin. Jednotlivé volné atomy ve většině případů vytvoří jednou nabité ionty Me+ které jsou unášeny do přechodové komory se sníženým tlakem. Po průchodu rozhraní se ionty systémem elektromagnetických čoček dostávají do kvadrupólového analyzátoru. Zde jsou analyzované ionty vedeny takovým způsobem aby na povrch detektoru dopadly pouze ionty se zvoleným poměrem hmotnosti a náboje. Technika ICP-MS se používá pro stanovení stopových koncentrací celé řady prvků periodické tabulky, je vysoce citlivá. Instrumentální uspořádání a princip hmotnostní spektrometrie Hmotnostní spektrometrie se využívá také ke stanovení celé řady organických látek (polyaromatické uhlovodíky, halogenované uhlovodíky, fenoly, apod.), ionty jsou však tvořeny jinými zdroji než indukčně vázanou plazmou. Elektronovou ionizací se analyt v plynné formě ionizuje proudem dopadajících elektronů. Jemnějším zdrojem iontů je chemická ionizace, která využívá k ionizaci pomocné látky (např. argonu) která reaguje s analytem v plynné fázi. https://moodle.vut.cz/mod/book/tool/print/index.php?id=479591 17.12.2024 14:07 Stránka 16 z 42  kap. 2.4. Chromatogrape Kapalinová a plynová chromatogrape: Chromatograce využívá principu dělení látek mezi dvěma fázemi. Jedna fáze je mobilní a druhá stacionární. Za základ separace látek v chromatograci lze považovat různou acnitu složek vzorku k mobilní a stacionární fázi. Čím větší acnita k stacionární fázi látka vykazuje, tím více je zbržďován její pohyb chromatogracckým systémem. Po průchodu kolonou jsou rozdělené látky detekovány různými detektory, v případě kapalinové chromatograce např. UV-VIS detektorem, refraktometrickým detektorem, hmotnostním detektorem aj., v případě plynové chromatograce např. plamenově ionizačním detektorem, vodivostním detektorem, hmotnostním detektorem aj. Chromatograccky lze stanovit různé organické látky, cukry, organické kyseliny, těkavé látky apod. Instrumentální uspořádání kapalinové a plynové chromatograce https://moodle.vut.cz/mod/book/tool/print/index.php?id=479591 17.12.2024 14:07 Stránka 17 z 42  3.1. Růstová křivka mikroorganismů Mikrobiální buňka, která má ve svém okolí vhodné chemické a fyzikální podmínky roste. Příjmá z okolí energii a živiny, podle genetického programu syntetizuje sebe sama a zvětšuje svou hmotnost a objem. Po dosažení určité velikosti se začne rozmnožovat a nové buňky opět rostou atd. Růst mikroorganismů neprobíhá stále exponenciálně. Je zpomalován spotřebou živin v kultivačním médiu nebo tvorbou toxických produktů metabolismu. Při limitním množství produktů metabolismu a při spotřebování živin je růst a množení mikroorganismů zastaven. Pro uzavřený systém lze růst mikroorganismů vyjádřit tzv. růstovou křivkou mikroorganismů, což je závislost přirozeného logaritmu počtu živých buněk v závislosti na čase. V růstové křivce lze identickovat 6 různých fází: 1) lag fáze: adaptace na nové prostředí. Mikroorganismy se nemnoží, starší odumírají. Vytvářejí se potřebné enzymy a mikroorganismy narůstají. Délku lag fáze značně ovlivňuje složení prostředí, velikost a stáří inokula. 2) fáze zrychleného růstu: mikroorganismy jsou již přizpůsobeny prostředí, začínají se množit, zvyšuje se intenzita metabolismu, mikroorganismy jsou více citlivé na nepříznivé vlivy okolí. 3) fáze logaritmická (exponenciální): mikroorganismy se intenzivně množí, počet roste geometrickou řadou, mikroorganismy se množí konstantní rychlostí, rychle využívají substrát a úbytek odumíráním je minimální. 4) fáze zpomaleného růstu: dochází k postupnému zpomalení množení a celkového metabolismu v důsledku vyčerpání živin, v systému se hromadí metabolity. 5) fáze stacionární: vyrovnává se počet odumírajících mikroorganismů s přirůstajícími organismy, dochází k nedostatku biologického prostoru 6) fáze poklesu: zvyšuje se množství odumírajících mikroorganismů, převažuje nad přírustkem, množení se postupně zcela zastavuje. Exponenciální fázi růstu lze vyjádřit matematicky: Exponenciální fázi růstu můžeme vyjádřit matematicky: Jestliže počet buněk v určitém objemu byl na počátku exponenciální fáze x0, pak po jedné generační době je tento počet 2x0 a po n generačních dobách (dobách zdvojení) je počet buněk x roven x0. 2n. Po době t tedy platí: x = x0 2 t 1/T = x0 2rt kde T je generační doba (doba zdvojení) buněčné populace, r je počet dělení za jednotku doby derivací získáme vztah dx/dt = rx0 2rt ln2, který lze psát jako dx/dt = rx ln2, nebo jako dx/dt = µx , kde µ je speciccká růstová rychlost Integrací této rovnice a odlogaritmováním lze získat exponenciálu: x = x0 eµt Speciccká růstová rychlost závisí nejen na druhu mikroorganismu, ale i na vnějších podmínkách, tj. teplotě, pH prostředí a koncentraci živin. Závislost m na koncentraci živin lze vyjádřit vztahem: µ = µmax [cs/(Ks + cs)] kde cs je koncentrace substrátu a Ks je saturační konstanta https://moodle.vut.cz/mod/book/tool/print/index.php?id=479591 17.12.2024 14:07 Stránka 19 z 42  3.2. Usazování Usazování je metoda oddělování dispergovaných částic od disperzního prostředí. Je ekonomicky výhodnější než cltrace, ale méně účinné. Využívá se při něm rozdílných hustot tuhé částice a tekutiny. Rozdělování se obvykle uskutečňuje účinkem gravitace, ale může probíhat i v poli odstředivých nebo elektrických sil. Nejčastěji se používá u systému pevná fáze - kapalina. Usazování se provádí v usazovácích, což jsou nádrže pro dostatečný výkon s velkou usazovací plochou. Do usazováků se přivádí suspenze a odvádí se vyčiřená kapalina a kal. Podle konstrukce mohou pracovat kontinuálně nebo diskontinuálně. Rovnováha sil při pádu částice v tekutině Fg = mc. g = ρc. (π. dc3 / 6). g gravitační síla (mc = hmotnost částice, g = gravitační zrychlení, ρc = hustota částice) Fvz = mk. g = ρk. (π. dc3 / 6). g vztlaková síla (mk = hmotnost kapaliny vytlačené tělesem, g = gravitační zrychlení, ρk = hustota tekutiny)) Fr = ξ. S. (u2/2). ρk = ξ. (π. dc2 / 4). (u2/2). ρk odporová síla (ξ = součinitel odporu, S = průmět částice do roviny kolmé k dráze jejího pohybu, u = rychlost částice v tekutině, ρk = hustota tekutiny) platí F = Fg - Fvz - Fr = 0 nebo-li Fg - Fvz = Fr po dosazení ρc. (π. dc3 / 6). g - ρk. (π. dc3 / 6). g = ξ. (π. dc2 / 4). (u2/2). ρk po úpravě na bezrozměrný tvar (dělením ρk.ν2) [(ρc - ρk) / ρk]. [(g. dc3) / ν2)] = 3/4 ξ. (dc.u / ν)2 nebo také Ar = 3/4 ξ (Re)2 součinitel odporu ξ je funkcí Reynoldsova čísla Re A) pro laminární pád částice v kapalině (Re500) je ξ ≈konst. = 0,44 https://moodle.vut.cz/mod/book/tool/print/index.php?id=479591 17.12.2024 14:07 Stránka 21 z 42  v přechodné oblasti platí ξ = 18,5 / Re0,6 Pro výpočet Re je třeba znát rychlost u, v praxi však potřebujeme znát rychlost u jako výsledek výpočtu a ne ji stanovovat. Z těchto důvodů vzniklo Archimédovo kritérium Ar = [d3. ( ρc - ρk). ρk. g] / η2 {Ar ≤ 3,6 pro laminární pád, Ar ≥ 84000 turbulentní pád} Mezi oběma kritérii (Ar a Re) platí přepočet který se liší podle režimu obtékání. A) pro laminární pád částice v kapalině Re = Ar / 18 B) pro turbulentní pád částice v kapalině Re = Ar0,5. 1,73 pro přechodovou oblast Re = [(Ar / 13,9)0,5]1/0,7 Dalším používaným kritériem je Ljaščenkovo kritérium Ly = (u3. ρk) / η. g.(ρč - ρk) kdy platí A) pro laminární pád částice v kapalině Re = (18. Ly)0,5 B) pro turbulentní pád částice v kapalině Re = 0,33. Ly resp. A) pro laminární pád částice v kapalině Ly = 1,71.10-4. Ar0,5 B) pro turbulentní pád částice v kapalině Ly = 5,27. Ar0,5 Pro výpočet usazovací rychlosti nekulových částic je používána tzv. sféricita σ (poměr povrchu koule o stejném objemu jaký má částice, ku skutečnému povrchu částice) platí: A) pro laminární pád částice v kapalině u(nekul) = u(kul). [0,843. log(σ / 0,065)] B) pro turbulentní pád částice v kapalině ξ = 5,31 - 4,88. σ pro přechodovou oblast je závislost ξ na Re pro různé σ odečítána ze speciálních grafů U většiny průmyslových suspenzí se uplatňuje tzv. rušivé usazovaní místo doposud uvažovaného nerušeného usazování (částice jsou blízko sebe a navzájem se ovlivňují), proto lze psát u = 0,5. us , kde us je rychlost pro nerušené usazování https://moodle.vut.cz/mod/book/tool/print/index.php?id=479591 17.12.2024 14:07 Stránka 22 z 42  3.3. Fluidizace V celé řadě různých technologií je potřeba vytvořit styk mezi vrstvou pevných částic a spojitou tekutou fází. Tento problém je vyřešen usazením pevných částic na rošt a prouděním média vrstvou pevných částic směrem zdola nahoru. Jestliže postupně zvyšujeme rychlost média protékající pevnou vrstvou, dochází k překonání gravitačních sil a částice se uvedou do pohybu. Při malých rychlostech průtoku proudí medium vrstvou aniž by došlo ke změně uspořádání vrstvy. Při vyšším průtoku média se zvýší mezerovitost vrstvy, ale částice se pořád budou navzájem dotýkat. Maximální možná mezerovitost, při které se částice ještě dotýkají se nazývá prahová mezerovitost εp. Prahová mezerovitost může být stanovena experimentálně z výšky expandované vrstvy hp hp = h0.(1-ε)/(1-εp) Pokud dojde k oddělení částic od sebe při vyšším průtoku média, změní se expandovaná vrstva na vrstvu uuidní. Tento okamžik nazýváme práh xuidizace. Částice nemají mezi sebou kontakt a jsou plně obtékány médiem. Při dalším vzrůstu rychlosti po určitém intervalu začne docházet k úletu částic, uuidní vrstva se změní na postupující a to je obvykle nežádoucí stav. tento stav je charakterizován tzv. prahem úletu. Pro nalezení hodnoty prahové uuidizační rychlosti používáme Archimedova kriteria Ar Ar = d3. ρk. (ρč - ρk). g / η2 a pro výpočet Reynoldsova čísla rovnici Re = Ar. εp 4.75 / (18 + 0,6. √ Ar.εp 4.75) https://moodle.vut.cz/mod/book/tool/print/index.php?id=479591 17.12.2024 14:07 Stránka 23 z 42  3.4. Míchání Míchání se v praxi realizuje pomocí míchadel, což jsou rotační tělesa různého tvaru, které předávají kapalině, či jinému disperznímu systému mechanickou energii zprostředkovanou nejčastěji elektromotorem. V závislosti na tvaru míchadla, tvaru a vybavení nádoby má pohyb kapaliny v nádobě různý charakter: a) tangenciální proudění: v nádobě bez zarážek vzniká středový vír. Nevýhodné proudění, je snaha ho potlačit b) axiální proudění: za použití speciálního míchadla v nádobě s vestavbami se vytváří tok ve směru osy míchadla nahoru a dolů c) radiální proudění: za použití speciálního míchadla v nádobě s vestavbami se vytváří tok od míchadla ke stěně nádoby a zpět typy používaných máchadel- a) radiální diskové b,c) axiální d) vrtulové tangenciální Důležitým parametrem pro pro míchací proces je příkon míchadla. Příkon je dán součinem síly odporu míchadla Fr = ξ. A. (u2/2). ρk a obvodové rychlosti míchadla u = 2. pp. r. n dP = ξ. (k1. r). [(2. pp..r. n)2 / 2]. ρ. (2. pp..r. n). dr (k1. r) je výška lopatky h Po integraci a nahrazení d/2 za r lze získat vztah: P = K. d5. n3. ρ poměr P / d5. n3. ρ se nazývá Eulerovo (příkonové) číslo pro míchání (P0) Pro posouzení charakteru míchání se používá Reynoldsovo číslo pro míchání Rem = d. n. ρ / hh Pro malé hodnoty Rem (10000) platí Rem = konst. V přechodové oblasti se hodnota P0 dá odečíst z křivek vyjadřujících závislost Reynoldsova čísla na P0 https://moodle.vut.cz/mod/book/tool/print/index.php?id=479591 17.12.2024 14:07 Stránka 24 z 42  kap.4. Aerobní zpracování odpadů Aerobní technologie zpracování odpadů jsou založeny na přirozeném působení mikroorganismů, které pro svůj růst spotřebovávají nežádoucí organické látky přítomné v odpadních materiálech. Zpracování organických látek probíhá oxidačními procesy ke kterým mikroorganismy potřebují dostatečné množství kyslíku v rámci tzv. buněčného dýchání. Při buněčném dýchání se uvolňuje chemická energie z vazeb v organických látkách za vzniku energetického zdroje (ATP), oxidu uhličitého a vody. Obecně lze proces buněčného dýchání popsat následující rovnicí: Vodíkové ionty a elektrony uvolněné při oxidaci jsou přenášené koenzymy NAD+ a FADH, které jsou pohlcením vodíkových iontů a elektronů dočasně redukovány na NADH + H+ a FADH2. V poslední fázi jsou vodíkové atomy využity jako zdroj energie k syntéze ATP z ADP a následně zreagují s kyslíkem za vzniku vody. U aerobních mikroorganismů je tedy konečným akceptorem vodíku kyslík, proto jako cnální produkt vzniká voda. Schematicky lze fungování aerobních mikroorganismů popsat následujícím obrázkem: Účinnost celého procesu je asi 60%, zbytek energie uniká ve formě tepla. Z hlediska bilance toku uhlíku lze odhadnout, že přibližně 50% uhlíku je spotřebováno na biomasu, zbylých 50% uhlíku je vyloučeno mikroorganismy ve formě oxidu uhličitého. Aerobní technologie zpracování odpadů lze rozdělit na přirozené technologie a umělé technologie. Mezi přirozené technologie aerobního zpracování odpadů patří stabilizační nádrže a biologické rybníky, kořenové systémy s makrofyty, průtočné nádrže s plovoucími nebo vzplývavými vodními rostlinami nebo průtočné žlabové bioeliminátory s řasovými nárůsty. Mezi tzv. umělé technologie aerobního zpracování odpadů patří biologické cltry, rotační diskové reaktory a čištění pomocí tzv. aktivovaného kalu. Pro zpracování odpadů pevného skupenství se používá arobní technologie kompostování. Stabilizační nádrže a biologické rybníky se používají k čištění odpadních vod. Na čistícím procesu se podílí bakterie ve vodě i v kalu. K čištění dochází díky přirozeným procesům látkového koloběhu. Nádrže a rybníky jsou často uměle provzdušňovány za pomocí různých aerátorů. Často bývají nádrže dvě vedle sebe, paralelně propojeny, kdy první nádrž slouží jako předčisťovací. Průtok nádrží by měl být kontrolován tak, aby doba zdržení odpadní vody v nádrži byla 3-5 dní. Náklady na provoz rybníků a nádrží jsou poměrně nízké. K nevýhodám patří především značné nároky na plochu, riziko vzniku anaerobních stavů a tvorby zápachu a nutnost odstraňování vzniklých usazenin. Vegetační kořenové čistírny jsou objekty používající k k čištění odpadních vod mokřadní rostliny osázené na štěrkovém nebo písčitém podloží umožňující činnost bakterií. Hlavním způsobem odstranění nerozpustných látek je cltrace, rozpuštěné látky jsou odbourávány působením mikroorganismů v kořenovém systému rostlin a ve cltrační náplni. Podle druhu proudění odpadní vody lze rozlišit čistírny s horizontálním nebo vertikálním prouděním. Proudění odpadní vody u čistíren s horizontálním prouděním může být dále povrchové a nebo podpovrchové. U čistíren s vertikálním prouděním je nejčastěji využíváno proudění směrem dolů. Čistírny s horizontálním povrchovým prouděním mají charakter plošného přeronu na plochách s mokřadními rostlinami. Nízká vrstva vody s malou průtočnou rychlostí je přiváděna rozdělovacím potrubím a odvod vody zajišťuje dvojice drénů s čelním přelivem. Čistírna s horizontálním podpovrchovým prouděním je tvořena těsněnou jímkou naplněnou cltračním materiálem a osázenou mokřadními rostlinami. Odpadní voda je přiváděna plošně perforovaným potrubím, protéká půdním cltrem a je odváděna sběrnou drenáží. V čistírně s vertikálním prouděním je čištěná voda přiváděna na povrch čistírny rozdělovacím potrubím, cltruje se porézním prostředím a odvádí se sběrným drénem. K osázení čistíren se nejčastěji používají Rákos obecný, Chrastice rákosová, Kosatec sibiřský, Kosatec žlutý, Blatouch bahenní, Sítina rozkladitá nebo Zlobchan vodní. Výhodou vegetačních kořenových systémů jsou nízké provozní náklady, nízké energetické požadavky, uexibilita vzhledem k přetížení a využití biomasy pro krmné účely nebo kompostování. Nevýhodou je vysoký zábor půdy, nízké využití v zimních měsících, malá kapacita pro odstranění patogenů na výtoku a náchylnost systému na chemické polutanty. https://moodle.vut.cz/mod/book/tool/print/index.php?id=479591 17.12.2024 14:07 Stránka 26 z 42  příklad kořenové čistírny s vertikálním prouděním příklad makrofyt kořenových čistíren - 1) rákos 2) orobinec 4) zlobchan 5) kosatec Průtočné žlabové bioeliminátory jsou většinou betonové kanály ve kterých cirkuluje odpadní voda pod sníženým průtokem. V těchto kanálech se rozrůstají různé druhy řas a vzplývavých rostlin, např. okřehků či hyacintů. Žlabové bioeliminátory jsou vysoce účinné systémy pro odbourávání znečištění ve formě dusíku a fosforu, ale i organického znečištění ve formě rozpuštěných látek. Pro zajištění správného chodu průtočných žlabů musí být zajištěno sklízení narostlé hmoty. Okřehky obsahují značné množství methioninu a esenciálních aminokyselin, bývají často používány jako přísada do krmných směsí hospodářských zvířat. Biologické pltry jsou válcovitá tělesa s roštovým dnem naplněná přírodním či umělým materiálem na který se rozstřikuje odpadní voda. schematické znázornění biocltru https://moodle.vut.cz/mod/book/tool/print/index.php?id=479591 17.12.2024 14:07 Stránka 27 z 42  Materiál slouží jako podklad pro růst mikroorganismů. Tvar a zrnitost náplně jsou důležité pro uchycení mikroorganismů a jejich vývoj. Používá se různých přírodních materiálů (struska, kámen), nebo umělých materiálů, nejčastěji plastů (viz. obrázek). Pro použitý materiál je důležité, aby měl co největší speciccký povrch, tak aby styčná plocha odpadní vody s mikrobiálním nárůstem byla co největší. Malý štěrk a kámen má speciccký povrch kolem 60 m2/m3 velký štěrk 45 m2/m3. Plastové náplně mají speciccký povrch podle typu náplně 90-150 m2/m3. Kromě vysokého specicckého povrch je také výhodou plastových náplní jejich nízká hmotnost. různé typy náplní v biologických cltrech Stejnoměrné rozdělení odpadní vody na náplň biocltru provádí Sengerovo kolo. Odpadní voda pomalu stéká po náplni a předává absorbovaný kyslík jednotlivým mikroorganismům. Vzduch je do systému přiváděn také roštovým dnem nádrže proti směru tekoucí vody. Skrápěním náplně cltru mechanicky předčištěnou odpadní vodou se na povrchu náplně tvoří v několika fázích biologický nárůst, tzv. bioclm. Zapracování biocltru trvá 7-14 dní. Zastoupení mikroorganismů v biocltru má sukcesivní charakter (bakterie>prvoci>vířníci> rournatky>houby>hlístice>hmyz). Narůstáním biologické blány na povrchu cltru se postupně snižuje průtok odpadní vody cltrem i provzdušnění cltru. V případě strhávání přebytečné biomasy odpadní vodou je třeba za biocltr umísti dosazovací nádrž. praktická ukázka biocltru nebo Rotační diskové reaktory. Konstrukce rotačních diskových reaktorů spočívá v discích které jsou připevněné na hřídeli a jsou částečně ponořené ve žlabu s odpadní vodou. Rotační pohyb způsobuje, že disky jsou střídavě ve styku s odpadní vodou a se vzduchem. Po zapracování se na discíh vytváří vrstva bioclmu, která odbourává rozpuštěné organické látky. Přebytečná biomasa je z disků odstraňována střihovými silami způsobenými rotací disků. Disky jsou nejčastěji vyrobeny z plastů jako polystyren, polyethylen apod. a mají průměr 0,5 až 3,5 m. Tloušťka disků https://moodle.vut.cz/mod/book/tool/print/index.php?id=479591 17.12.2024 14:07 Stránka 28 z 42  je 10 až 20 mm a disky jsou od sebe vzdáleny cca 10-40 mm. Hloubka ponoru disků dosahuje 25-45% jejich průměru. Optimální počet otáček disků je 2-10 ot/min. Výhodou rotačních diskových reaktorů je jejich snadná obsluha, nízká spotřeba energie, nevýhodou je špatná regulace probíhajících procesů. Schematické znázornění rotačních siskových reaktorů praktická ukázka rotačního diskového reaktoru Čištění aktivovaným kalem je složitý proces, který se skládá ze dvou stupňů - aktivace a separace aktivovaného kalu. Aktivace probíhá v aktivačních nádržích a separace v dosazovacích nádržích. V aktivační nádrži se promíchává přitékající odpadní voda s aktivním kalem za intenzivního provzdušňování celé nádrže. Nádrž je provzdušňována pomocí trubkových rozvodů na dně nádrže, do kterých je kompresory vháněn vzduch. Po dobu zdržení odpadní vody v aktivační nádrži narůstá biomasa aktivovaného kalu a dochází k odstraněné biologicky rozložitelných organických látek. Aktivovaný kal tvoří vločky mikroorganismů, zoogleový sliz který tyto organismy spojuje a tuhé částice které se v slize zachytili nebo vznikli sorpčními či metabolickými procesy mikroorganismů. Aktivační směs odtéká z aktivační nádrže do dosazovací nádrže, kde se aktivovaný kal separuje, zahušťuje a opět vrací do aktivačních nádrží. Nadbytečný aktivovaný kal se ze systému odvádí a zpracovává se nejčastěji anaerobními technologiemi. Z dosazovacích nádrží vytéká vyčištěná odpadní voda. Špatné technologické podmínky, např. nesprávná činnost lapačů tuku a olejů, převzdušnění, prudké změny teplot apod. mohou vést k problémům špatné separace aktivovaného kalu. Příčinou těchto problémů je přítomnost vláknitých organismů narušující strukturu vločky, zvýšená tvorba plynů nebo tvorba malých vloček. Celkem lze rozlišit 9 typů špatně sedimentujících kalů: zbytnělý kal, vystupující kal, hnijící kal, převzdušnělý kal, plující kal, dispergovaný kal, deuokulovaný kal, kal s drobnými vločkami a zvlnělý kal. https://moodle.vut.cz/mod/book/tool/print/index.php?id=479591 17.12.2024 14:07 Stránka 29 z 42  Obrázek vloček v aktivovaném kalu (a,b) a vláknitých mikroorganismů (c,d) praktická ukázka procesu aktivace a (obsahuje i biologické cltry) mikroskopický rozbor aktivovaného kalu a https://moodle.vut.cz/mod/book/tool/print/index.php?id=479591 17.12.2024 14:07 Stránka 30 z 42  Kompostování je přirozená biochemická přeměna, při které z organických látek za aerobních podmínek působením mikroorganismů vzniká stabilní organický produkt - hnojivý substrát. Proces kompostování je doprovázen snížením objemu, hmotnosti a vlhkosti materiálu. Kompostování probíhá celkem ve 3 různých fázích: 1) Fáze rozkladu - tato fáze je speciccká pro termoclní organismy které se podílejí na rozkladu složitých organických látek na jednodušší anorganické sloučeniny. Během této fáze narůstá teplota kompostu na 60-65 °C. Dochází k rozkladu škrobů, cukrů, bílkovin a dřevních hmot na vodu, oxid uhličitý, dusík, dusičnany, případně amoniak. Objem hmoty rychle klesá, což je způsobeno zhutňováním a bilančním poklesem z tvorby oxidu uhličitého a ostatních plynů. V hmotě se hromadí organické kyseliny a snižuje se pH kompostu. Vzhledem k poměrně vysoké teplotě v kompostu dochází k zániku patogenních organismů a ničí se klíčivost semen. Fáze rozkladu je u konce, nepřesahuje-li teplota kompostu dlouhodobě 40°C. 2) Fáze přeměnná - v této fázi dochází k poklesu teploty na cca 25°C, termoclní mikroorganismy jsou nahrazeny plísněmi a jinými mikroorganismy, případně nižšími formami hmyzu. Mění se struktura kompostu, vzhled a pach. Hmotnost kompostu se snižuje o cca 10%. 3) Fáze dozrávání - v této fázi dochází k vyrovnávání teploty kompostu s okolím, vytváří se kvalitní humus, hmotnost kompostu klesá minimálně. Kompost obsahuje drobné živočichy a hmyz. Prvních 12 dní se kompost musí každý den překopávat a teplota musí být kolem 65°C. Později se kompost překopává každý druhý den, přičemž teplota kompostu nesmí do 21.dne klesnout pod 55°C. Po 21. dni se kompost již ochlazuje a stačí ho překopat jen jednou za týden. Při kompostování je nutné dodržet zásady kompostovacího procesu kterými jsou: a) vhodná vlkost: Nedostatek vlhkosti působí negativně na život mikrouory a hydrolytické reakce, způsobuje přehřívání kompostu až samovznícení kompostu, podporuje mineralizaci kompostu na úkor humickace. Nadbytek vlhkosti naopak kompost ochlazuje vzhledem k výparnému teplu vody a biologické procesy mohou přejít na kvasné procesy a dále ohrožuje spodní vody vzhledem k vytlačování kompostové vody na dně kompostu. b) vhodný poměr C:N : Jako ideální bývá udáván poměr 20-30:1. Při poměru menším než 15:1 dochází k rychlému rozkladu a k úniku amoniaku a klesá produktivita tvorby humusových látek. Při vyšších poměrech např. 50:1 se hmota rozkládá déle a kompost déle zraje. c) obsah cizorodých látek: Toxické látky ničí mikrouóru kompostu a zpomalují rozklad d) vhodná struktura: Složky kompostu musí být dobře podrceny a promíseny, těžko prostupná hmota brání růstu mikroorganismů (používají se různé drtiče a bubnová síta) e) dostatečný přívod vzduchu: Kyslík je potřebný pro růst mikroorganismů, kompost je aerován perforovanými žlaby do kterých je kompresorem vháněn vzduch. Z technologického hlediska lze systémy kompostování rozdělit na I) kompostování na hromadách - Probíhá na zpevněné a odvodněné ploše. Hromada má lichoběžníkový průměr, přičemž poměr plochy a objemu je asi 0,3:1. Do hromad se přidává asi 20-30% zelených rozemletých odpadů, překopávání se dělá kompostovací frézou. Výška kompostu je 1,5- 1,8m. Kompost zraje 8 týdnů, poté je přesítován a dále dozrává. Kompletně dozrálý je kompost po cca 3 měsících II) kompostování v uzavřených systémech - Probíhá v uzavřených halách, komorách nebo v LDPE vacích. V halách se udržuje mírný podtlak, čímž jsou vznikající emise plynů redukovány až o 80%. Vzduch z hal je odsáván a cltrován. Doba zrání je stejná jako při kompostování na hromadách. https://moodle.vut.cz/mod/book/tool/print/index.php?id=479591 17.12.2024 14:07 Stránka 31 z 42  Příklady kompostování na hromadách a kompostování v hale Kvalitní kompost by měl obsahovat 40-60% vlhkost, 20% organické hmoty, organické látky v sušině 50-80%dusík>2%, fosfor >0,8%, draslík >1,3%, vápník, hořčík >4,5%, pH 6-6,5 praktická ukázka překopávání kompostu praktická ukázka technologie kompostování https://moodle.vut.cz/mod/book/tool/print/index.php?id=479591 17.12.2024 14:07 Stránka 32 z 42  kap.5. Anaerobní zpracování odpadů V anaerobních procesech je konečným elektronovým akceptorem methylová skupina, proto je hlavním produktem těchto procesů methan. Narozdíl od aerobního procesu je v anaerobním procesu na růst biomasy spotřebováváno pouhých 5% uhlíku ze vstupní hmoty, 95% uhlíku je převedeno na methan. Jedná se tedy o velmi efektivní technologii, neboť methan ve formě bioplynu lze dále energeticky využít. Anaerobní proces je soubor dílčích na sebe navazujících biologických procesů na kterých se koordinovaně podílí řada mikroorganismů. Celý proces lze rozdělit do 4 fází: 1) hydrolýza: rozklad makromolekulárních organických látek (celulosa, pektin a jiné polysacharidy) na nízkomolekulární látky pomocí extracelulárních hydrolytických enzymů produkovaných fermentačními bakteriemi. V systému se vyskytují hydrolitické a fermentační mikroorganismy, zástupci čeledí Streptococcaceae, Enterobacteriacee a rodů Bacteroides, Clostridium, Butyrivibrio, Eubacterium, Lactobacillus. 2) acidogenese: rozklad nízkomolekulárních látek na jednodušší organické látky. Podle podmínek vzniká kyselina octová, vodík, oxid uhličitý, kyselina mléčná, ethanol a jiné organické látky. 3) acetogenese: oxidace vyšších produktů acidogenese na vodík, oxid uhličitý a kyselinu octovou. Důležitou roli zde hrají syntrofní (hydrogenotrofní) mikroorganismy které využívají vodík tvořený acetogenními mikroorganismy. Nadbytek vodíku totiž inhibuje růst acetogenních mikroorganismů a v systému nevznikají potřebné látky. V systému se vyskytují acetogenní bakterie Syntrophobacter wollinii, Synthrophomonas wolfei, Syntrophus buswelii, homoacetogenní bakterie Clostridium thermoaceticum, Acetobacterium woodii, Butyrybacterium methylotrophicum a sulfátoredukující bakterie spolu s denitrickačními bakteriemi, zástupci rodůDesulfovibrio, Desulfotomaculum, Desulfobulbus. 4) methanogenese: rozklad jednouhlíkatých sloučenin a kyseliny octové na methan a oxid uhličitý. Methanogenní bakterie zakončují řetězec anaerobního rozkladu organických látek. Methanogenní bakterie jsou např. Methanosarcina bakeri, Methanobacterium thermoautotrophicum, Methanococcus mazei aj. BIOCHEMIE TVORBY METHANU: Ve fázi methanogenese může methan vznikat celou řadou různých reakcí majících různou rovnovážnou Gibbsovu energii. Příklad: CO2 + 4H2 --> CH4 + 2H2O (G° = -130,4 kJ/mol) 4CH3OH --> 3CH4 + 2H2O + CO2 (G° = -106,5 kJ/mol) 4HCOO- + 4 H+ --> CH4 + 2H2O + 3CO2 (G° = -119,0 kJ/mol) CH3COO- + H+ --> CH4 + CO2 (G° = -32,3 kJ/mol) Z uvedených rovnic lze vidět, že nejméně výhodným substrátem pro methanogenní mikroorganismy je kyselina octová, proto je generační doba methanogenů při růstu na této kyselině 2 až 10 dní. Naproti tomu při růstu na oxidu uhličitém a vodíku je generační doba methanogenů asi 9 až 24 hodin. Při použití kyseliny octové jako substrátu není kyselina octová pouze dekarboxylována, ale také dekarbonylována. Při využití oxidu uhličitého jako substrátu je oxid uhličitý redukován postupnými reakcemi až methylovou úroveň. Redukční faktor který na sebe váže oxid uhličitý se jmenuje methanofuran a generuje formylmethanofuran. V dalším stupni je formylová skupina převedena přes metenyl- a methylen- na methyl- skupinu za pomocí tetrahydromethanopterinu. Dalčím přenašečem metylové skupiny je koenzym M, který tvoří methyl- koenzym M. Redukce methyl-koenzymu M na methan je provedena pomocí methyl-Co-M reduktázy a faktoru F430. https://moodle.vut.cz/mod/book/tool/print/index.php?id=479591 17.12.2024 14:07 Stránka 34 z 42  tvorba methanu z oxidu uhličitého Při anaerobních procesech je třeba dodržovat optimální podmínky, aby celý proces dobře fungoval. Důležitými faktory jsou: vliv pH: optimální je pH mezi 6,5 a 7,5. Hodnotu pH mohou ovlivňovat neionizované mastné kyseliny nebo vysoká koncentrace amoniaku. složení substrátu: optimální poměr základních živin je C:N:P = 100:1:0,2. některé stopové prvky mohou zvyšovat methanogenní aktivitu, těžké kovy růst mikroorganismů inhibují. Nežádoucí jsou látky jako oxidanty, pesticidy, rozpouštědla, tenzidy. Vysoké koncentrace síranů podporují růst sulfátoredukujících bakterií. Protože sulfátoredukující bakterie pracují při vyšším energetickém zisku, mohou zcela zamezit růstu methanogenních bakterií. vliv teploty: se změnou teploty se mění druhové zastoupení mikroorganismů a mění se interakční procesy mezi organismy. Většina reaktorů pracuje v mezoclní (30-45°C) případně termoclní (45-60°C) oblasti. parciální tlak vodíku: vodík vzniká při oxidaci redukovaných anaerobních přenašečů, nejčastěji NADH. Tvorba vodíku z NADH probíhá pouze za nízkého parciálního tlaku vodíku, při zvýšení tlaku jsou elektrony z NADH využity v jiných reakcích, čímž v systému vznikají látky s vyšší energetickou hodnotou (kyselina máselná, propionová) a podíl vodíku, oxidu uhličitého a kyseliny octové v systému se snižuje čímž se stává rozklad organických látek neuplný. https://moodle.vut.cz/mod/book/tool/print/index.php?id=479591 17.12.2024 14:07 Stránka 35 z 42  5.1. Anaerobní zpracování kapalných odpadů Kapalné odpady nebo suspenze se zpracovávají v řadě různých reaktrorů, které se liší svojí konstrukcí. Základní rozdělení reaktorů lze shrnout následujícím schématem: 1) Reaktory se suspenzní biomasou: Jsou to univerzální reaktory, nenáročné na obsluhu, mechanicky míchané. Provozují se při nízkém látkovém zatížení, za reaktorem je vždy umístěna dosazovací nádrž kde dojde k oddělení a recirkulaci biomasy. Nejpoužívanější typy reaktorů jsou ACR (anaerobic contact reactor) a SBR (sequencing batch reactor). ACR: systém ACR je někdy pro podobnost s aktivačním aerobním čištěním nazýván anaerobní aktivace. SBR: reaktor pracuje v opakovaných cyklech skládající se z 5 etap: plnění, reakce, sedimentace, vypouštění, odtah kalu. 2) Reaktory s imobilizovanou biomasou: doba zdržení biomasy je zde větší než doba zdržení kapaliny. Tok v reaktoru je podélný, čímž se zachovává koncentrační gradient organických látek podél reaktoru. Hlavní míchací efekt mají v reaktoru vznikající bioplyn a průtok vody. Biomasa může být imobilizovaná připojením na povrch vhodných nosičů, zachycením v porézní matrici nebo uzavřením za polopropustnou membránou nebo vzájemnou agregací částic a buněk. Reaktory s agregovanou biomasou: Nejběžnějším zařízením tohoto typu je UASB reaktor (upuow anaerobic sludge blanket). schema reaktoru UASB Reaktory UASB jsou vyrobeny z oceli nebo z betonu a mají válcový tvar. Přítok je rovnoměrně rozložen po celé ploše reaktoru aby zabránilo vzniku zkratových proudů. Vzestupná rychlost v reaktoru je 1,2 až 1,5 m/h, zatížení je 15 až 20 kg/m3d CHSK. Separátor je umístěn v horní části reaktoru, zachycuje vznikající bioplyn, blokuje vyplavování biomasy ven z reaktoru a zachycenou biomasu vrací zpět do prostoru kalového lože. Modickací UASB reaktoru je reaktor EGSB (expanded granular sludge bed) neboli reaktor s expandovaným granulovaným ložem konstrukčně vychází z reaktorů USAB a EBR (viz dále). Biomasa zde neroste na nosiči, ale kalové lože je tvořeno dobře sedimentujícími granulemi anaerobního kalu. Reaktor EGSB má vyšší vzestupné rychlosti, až 6m/h. https://moodle.vut.cz/mod/book/tool/print/index.php?id=479591 17.12.2024 14:07 Stránka 36 z 42  Bioplmové reaktory: V bioclmových reaktorech je biomasa cxována na nosiči, který je cxovaný, nebo je ve vznosu. Bioclmové reaktory pracují s nižším zatížením, ale bývají označovány za provozně nejstabilnější. Nejběžnějšími zařízeními tohoto typu jsou UAF reaktory, DSFF reaktory, ARBC reaktory, FBR a EBR reaktory. UAF reaktor (uplow anaerobic clter) je náplňový reaktor, svislá kolona naplněná kameny, plastovými materiály, keramickou náplní apod. Odpadní voda je přiváděna do spodní části reaktoru a prostupuje náplní nahoru, kde se odvádí vyčištěná voda. Většina biomasy se nachází v prostoru mezi náplní, menší část roste na povrchu náplně. Limitujícím faktorem těchto reaktorů je nebezpečí ucpávání. DSFF reaktor (downuow stacionary cxed clm reactor) je reaktor, ve kterém je náplň uspořádána tak, že tvoří souvislé kanálky po celé výšce reaktoru. Biomasa roste pouze na povrchu náplně a průtok je shora dolů, čímž se minimalizují problémy s ucpáváním reaktoru. Doba zdržení je v trubkovém reaktoru relativně nízká, proto je potřeba recyrkulovat čištěnou vodu. Problémy s delším zapracováním reaktoru a nutnou recyrkulací řeší reaktor s volně loženou náplní a průtokem shora dolů. Je to reaktor konstrukčně podobný UAF, jenom s obráceným průtokem odpadní vody. schéma UAF (vlevo) a DSFF reaktoru (vpravo) ARBC reaktor (anaerobic rotating biological contactor) neboli diskový rotační reaktor je konstrukčně podobný rotačním diskovým reaktorům pro aerobní čištění vod, pouze pracuje bez přístupu kyslíku. FBR reaktor (uuidized bed reactor) - reaktor s uuidním ložem - biomasa zde roste na povrchu inertního nosiče, zrnitého materiálu o průměru cca 2mm (oxid hlinitý, drcená cihla, keramické a plastové materiály) a nosič s biomasou je udržován ve vznosu. Neexistuje zde riziko ucpávání reaktoru, v reaktoru je vyšší koncentrace biomasy a větší speciccký povrch na jednotku objemu reaktoru. Konstrukčně podobným reaktorem je EBR reaktor (expanded bed reactor). Hlavním rozdílem mezi FBR a EBR je velikost expanze lože (FBR nad 100%, EBR 10-25%). https://moodle.vut.cz/mod/book/tool/print/index.php?id=479591 17.12.2024 14:07 Stránka 37 z 42  5.2. Anaerobní zpracování pevných odpadů Zařízení pro zpracování pevných odpadů tzv. methanizační nádrže válcovitého nebo vejčitého tvaru s kuželovým dnem vyrobené z železobetonu nebo z předepjatého betonu. Aby se zabránilo úniku tepla z reaktorů, bývá jejich plášť obložen tepelnou izolací. Před povětrnostními podmínkami jsou nádrže chráněny deskami z pozinkovaného plechu nebo plastovými deskami. Reaktor je uzavřen víkem na kterém je soustředěna řada důležitých zařízení (prvky míchacího zařízení, hladinoměry, jímač plynu aj.). Pro kontrolu a údržbu zařízení se kolem víka zhotovuje ochoz a lávka z přístupové věže. Nádrže jsou vytápěny různými mechanismy, teplou vodou nebo parou tělesy uvnitř nádrže nebo vně nádrže nebo přímým injektováním vodní páry. Míchání obsahu nádrží je prováděno mechanicky, pomocí recirkulace kalu, pomocí recirkulace bioplynu nebo se využívá kombinovaného efektu injektované horké vodní páry. Doba zdržení pevného odpadu v methanizačních nádržích je až 20-40 dní. Stabilizovaná hmota se odvodňuje na kalolisech a kalová voda se před vypouštěním přečisťuje. Zemědělské vertikální reaktory jsou válcové plynotěsné, zateplené nádrže o objemu 250-600 m3, průměru 8-18m a hloubkou 3-6m. Někdy jsou tyto stanice umístěny pod úrovní terénu. Obsah reaktoru je mechanicky promícháván. BIOPLYN A JEHO VYUŽITÍ: Složení bioplynu závisí na druhu rozkládaného materiálu a obsahuje různé možství methanu ( 55-85%obj.)Kromě methanu bioplyn obsahuje oxid uhličitý (25-40%obj.), vodík, sulfan, amoniak a jiné plyny (