Likvidácia zápachu pomocou fotokatalytického procesu
U některých čistících procesů může být tento zápach dokonce zdraví nebezpečný. Vlastní složky tvořící pachový vjem jsou různé a vyžadují také různé přístupy k jejich likvidaci.
Účinnost konvenčních technologií používaných k likvidaci zápachu je často výrazně ovlivňována vnějšími podmínkami. Kolísající koncentrace znečištění, změny v charakteru pachových látek a klimatické podmínky jsou hlavní okolnosti, jež mají vliv na špatnou funkčnost konvenčních deodorizačních jednotek. Zároveň konvenční technologie vyžadují značnou údržbu a také často nakládání s nebezpečnými chemikáliemi, což vede k nárůstu provozních nákladů. Tyto zvýšené provozní náklady mohou poměrně rychle vyrovnat rozdíl v nákladech pořizovacích.
Technologie fotokatalytické oxidace prokázala svoji účinnost při likvidaci zápachu ze všech stupňů čištění odpadních vod a nakládání s kaly. Tato technologie je schopna likvidovat i velice vysoké koncentrace obvyklých složek zápachu generovaných na čistírnách odpadních vod (sirovodík (H2S), merkaptany (CH3-SH, CH3-CH2-SH), dimethyl sulfid ((CH3)2S), amoniak (NH3)). Pomocí této technologie lze likvidovat také některé pachové látky na bázi těkavých organických látek (VOC) vznikající v průmyslových provozech. Účinnost technologie není na rozdíl od konvenčních technik ovlivňována vstupní koncentrací pachových látek. Také údržba je minimální a technologie nevyžaduje žádné provozní chemikálie a neprodukuje odpadní vodu.
V tomto článku je rozebráno několik příkladů aplikace fotokatalytického procesu na konkrétních lokalitách. Pilotní pokusy byly provedeny na vzdušinách s obsahem pachových látek vznikajících při odlišných procesech spojených při nakládání s odpadními vodami a kaly.
Pilotní pokus 1: čerpací stanice splaškových odpadních vod
Fotokalytický proces je účinný při likvidaci velmi vysokých a proměnlivých koncentrací pachových látek. Čerpací jímky a nátokové objekty ČOV jsou často zdrojem vysokých koncentrací sirovodíku, který je uvolňován do ovzduší. Velkým problémem je to zejména u dlouhých stokových větví a u akumulačních jímek s dlouhou dobou zdržení splašků. U těchto objektů se obvykle objevují problémy se sirovodíkem, který vzniká anaerobním rozkladem. Sirovodík je vysoce nepříjemný již při koncentracích v jednotkách ppm a v některých případech se však jeho koncentrace ve vzdušině pohybují až ve stovkách ppm.
Pilotní test byl proveden na čerpací jímce splaškových odpadních vod na středním východě. Kapacita pilotní jednotky byla 300 m3/hod. Hlavním zdrojem zápachu byl v tomto případě zmíněný sirovodík. Koncentrace byla velice vysoká a zároveň velmi proměnlivá v čase.
Z důvodu kolísání koncentrace sirovodíku byl celý test koncipován jako 24 hodinový. Na Obr. 1 je vidět průběh koncentrace sirovodíku a teploty neupraveného proudu vzdušiny odtahované z čerpací jímky do fotokatalytické jednotky. Z grafu je jasně vidět vysoká rozkolísanost koncentrací sirovodíku. Nejnižší hodnoty jsou od pod 100 ppm, ale objevují se špičkové koncentrace vyšší než 1 000 ppm! Průměrná koncentrace po dobu 24 hod. byla v době pokusu 355 ppm.
Je nutno podotknout, že měřící zařízení bylo schopno zachytit maximálně koncentraci 1 000 ppm a reálné koncentrace byly v některých špičkách tedy zřejmě vyšší.
Teplota odpadní vzdušiny kolísala mezi 40 a 45°C během den a mezi 25 a 30°C v noci.
Obr. 2 ukazuje průběh koncentrace sirovodíku a teploty měřené souběžně v proudu vyčištěného vzduchu. Lze vidět, že je teplota vzduchu o cca 10 kelvin vyšší než v neupravené vzdušině, což je dáno teplem vyzářeným UV výbojkami a také teplem uvolněným při katalytických reakcích. V každém případě je však zřetelná vysoká účinnost fotokatalytického procesu – v průběhu celých 24 hodin jsou hodnoty koncentrace sirovodíku pod hodnotou 5 ppm, pouze s jednou hodnotou 14 ppm.
Tato studie jasně ukázala, že foto-katalytická technologie je schopna účinně odstraňovat velmi vysoké a kolísající koncentrace sirovodíku.
Pilotní pokus 2: Linka sušení kalů
Pomocí technologie termického sušení dochází ke značnému snížení objemu produkovaných kalů. Při teplotě, která je v procesu sušení dosahována, dochází k uvolňování velkého množství látek ze substrátu, jež jsou příčinou zápachu. Ve většině případů však toto teplo není zároveň dostatečné k termické oxidaci těchto pachových látek a zápach se tak uvolňuje do okolí sušící linky.
Pilotní pokus byl proveden na lince sušení kalů ve Francii v listopadu 2005. Celkový odtah vzdušiny ze sušící linky je 2 300 m3/hod. Vlastní sušící linka kombinuje bubnové a pásové sušení. Koncentrace organických těkavých látek (VOC) v odplynu z linky dosahuje koncentrace 350 mg/m³. Do fotokatalytické jednotky bylo z hlavního toku odpadní vzdušiny odebíráno cca. 200 m3/hod. Vzorky byly odebírány pomocí detekčních trubiček Dräger a byla v nich analyzována koncentrace sirovodíku, dimethylsulfidu, merkaptanů a amoniaku.
Souběžně byly odebírány vzorky pomocí tedlarových vaků za účelem analýzy koncentrace organických těkavých látek.
Vzorky byly odebírány „proti sobě“ z neupravené a upravené vzdušiny. V tab. 1 jsou uvedeny koncentrace sledovaných kontaminantů v upravené a neupravené vzdušině.
Hodnoty shrnuté v tab. 1 ukazují, že účinnost foto-katalytického procesu při odstranění organický těkavých látek a pachových látek na bázi síry je 95%, respektive 100% u některých sledovaných kontaminantů. Pro provozní měřítko byla doporučena instalace skrápěcí kolony před foto-katalytickou jednotku zejména z důvodu snížení teploty vzdušiny a odstranění prachových částic. Pračka zároveň zvýší účinnost odstranění amoniaku a jiných ve vodě rozpustných kontaminantů.
Pilotní pokus 3: ATAD - autotermní termofilní stabilizace a hygienizace kalu
ATAD (Autoheated Thermophilic Aerobic Digestion) je technologie efektivní stabilizace a hygienizace čistírenských a obecně organických kalů. Po průchodu tímto procesem je možné vyhnilý kal využívat v zemědělství jako hodnotné hnojivo.
Jedná se o aerobní proces, kde je vzduch dodáván pomocí aerátorů přímo do reaktorů s kalem. Teplo je uvolňováno autotermním procesem díky biologické oxidaci. Reaktory jsou tepelně izolovány a teplota se udržuje v rozmezí 55 - 65°C. Aby bylo dosaženo stabilizace kalu, je doba zdržení kalu v reaktoru jeden den.
V závislosti na charakteru upravovaného kalu dochází v reaktoru k vystripování (vyfoukání) látek na bázi síry, které jsou příčinou zápachu. Hlavní složky v případě této studie jsou dimethylsulfid a merkaptany. Vzhledem k tomu, že díky teplotě v reaktoru je inhibována nitrifikace, dochází také k uvolňování velkého množství amoniaku (až stovky ppm).
Tradičně jsou k likvidaci zápachu ve vzdušině z ATAD reaktorů využívány biofiltry a chemické pračky. Vzhledem k dávkovému provozu reaktorů však dochází k výraznému kolísání koncentrací jednotlivých složek zápachu (špičky zejména ve chvíli po naplnění reaktoru). Biofiltry však nejsou právě takovéto kolísavé zatížení schopny účinně zpracovávat, protože biologie filtrů je schopna odstraňovat pouze stálé zatížení. Stejně tak pračky vzduchu lze pouze obtížně provozovat při razantních změnách v zatížení. Ani jedna z těchto technologií není schopna při použití na likvidaci zápachu z ATAD procesu zajistit stabilní účinnost. Zároveň jejich provozování vyžaduje nakládání s chemikáliemi.
Čistírna odpadních vod v Pensylvánii (USA) je situována v úzkém údolí obklopeném zástavbou. Zápach unikající z ČOV byl zdrojem častých stížností ze strany obyvatel okolních čtvrtí. Byla provedena studie k identifikaci zdrojů zápachu, která jasně ukázala, že hlavním zdrojem zápachu je ATAD reaktor, ačkoliv odplyn byl vybaven pračkou vzduchu.
Z tohoto důvodu bylo v březnu 2005 přistoupeno k provedení pilotního testu fotokatalytické jednotky. Jednotka se skládala z malé skrápěcí kolony s následnou úpravou ve dvoustupňovém fotokatalytickém procesu. Součástí jednotky byly vzorkovací ventily, prachový filtr a dva stupně fotokatalytického čištění (UV a katalyzátor), viz obr. 3.
Jednotka byla dimenzována na úpravu cca. 250 m3 odpadní vzdušiny za hodinu, což odpovídalo průtoku, kdy byla zajištěna dostatečná reakční doba k odstranění zápachu. Pračka vzduchu byla použita z důvodu snížení teploty vzdušiny a odstranění pevných částic unášených v odplynu. Zároveň také v pračce docházelo k odstranění části amoniaku.
(Bílé věže na pozadí jsou stávající skrápěcí kolony, které nebyly schopny zajišťovat potřebnou účinnost deodorizace).
Během testování byly odebírány vzorky nezávislou certifikovanou osobou a následně byly podrobeny olfaktometrické analýze („očichání“). Vzorky byly odebírány „proti sobě“ v upraveném a neupraveném odplynu.
Součástí testů bylo i přetížení pilotní jednotky zvýšením průtoku vzdušiny na 450 m3/hod., čímž došlo ke snížení reakční doby na 55%. Výsledky olfaktometrických analýz jsou shrnuty v tab. 2.
Výsledky analýz ukazují, že fotokatalytická jednotka dosahovala v tomto případě účinnosti 99% jak při projektovém zatížení, tak i při výrazném přetížení. Výsledky ukázaly, že fotokatalytický proces je schopen účinně zachytit i špičkové koncentrace pachových látek.
Ing. Ondřej Unčovský
Tento článek byl již v plném znění publikován ve sborníku k semináři ASIO, spol. s r.o. „Čištění komunálních vod od A do Z … aneb ABECEDA novinek“ (leden, únor 2014).