Fotokatalytická dezodorizace – na cestě od nové metody k respektované technologii v provozu ČOV

Datum: 14.4.2017
V příspěvku jsou popsány složky zápachu, některé způsoby čištění vzduchu a na konkrétním případě čištění vzduchu na ČOV (čistírně odpadních vod) je rozebrán rozhodovací proces se zohledněním všech požadavků a nákladů.

Pro čištění vzduchu se používají různé metody, přičemž ale při volbě zařízení zpravidla rozhoduje pořizovací cena. Z toho důvodu není často proveden důkladný rozbor všech aspektů majících vliv na skutečné náklady a analýza rizik.

Problematikou zápachu jako znečištění se zabývá zákon o ovzduší, který zápach staví vedle všeobecně známých polutantů. Na rozdíl od nich je však zápach jednoduše identifikovatelný i bez sofistikovaných měřících přístrojů, a proto je často laickou veřejností akcentován výrazněji než jiný druh znečištění ovzduší. V současné době je na trhu celá řada nabídek technologií na likvidaci zápachu. Tento příspěvek zhodnocuje použití různých technologií a zaměřuje se na již realizované instalace technologie fotokatalytické oxidace. Tato technologie je vhodná zejména na vzdušiny obsahující pachové látky na bázi síry, amoniaku a organických těkavých látek.

Složky zápachu

Zápach je fenomén, o kterém se stále častěji hovoří. V mediální sféře je mu věnováno více pozornosti, je proto logické, že nabývá na významu, a to i např. v oblasti ČOV. Zde zápach představuje komplexní směs organických a anorganických složek.       

Složky zápachu _ tab. 1

Tab. 1: Složky zápachu

Zápach je také většinou největším problémem při řešení emisí na ČOV. Jiné aspekty, jako toxicita na obyvatele apod., jsou většinou méně důležité. Nevýhodou zápachu je to, že je i těžko objektivně změřitelný, tj. posuzuje se jen celkový vjem a ne jeho jednotlivé součásti, které zápach tvoří. Navíc je to vjem lidí. Existují hypotézy, podle kterých pach ovlivňuje emoce, imunitní systém a následně může být i příčinou kardiovaskulárních nemocí, tj. je nutno se jím zabývat jako rizikovým faktorem z hlediska lidského zdraví.

Jen pro zajímavost jsou uvedeny koncentrace zápachu zjištěné na ČOV (viz Tab. 2).    

Koncentrace zápachu z jednotlivých komponent komunální ČOV v GE/m3 _ tab 2

Tab. 2: Koncentrace zápachu z jednotlivých komponent komunální ČOV v GE/m3

Z koncentrací je vidět, že z některých částí ČOV je riziko šíření zápachu velké a navíc je tvořeno takovými látkami, jako je sirovodík. Proto je nutné se zápachem na ČOV zabývat.

Zápach – ČOV a legislativa

V legislativě jsou jsou specifikovány „Podmínky provozu pro jiné stacionární zdroje“, kde jsou definovány přímo provozy (a mezi nimi i ČOV), které musí splnit technické podmínky, jež povedou k eliminaci nebo omezení zápachu. Tyto vyjmenované provozy a podmínky požadované vyhláškou jsou uvedeny v Tab. 3:

Provozy, které musí splňovat technické podmínky vedoucí k omezení / eliminaci zápachu _ tab 3

Tab. 3: Provozy, které musí splňovat technické podmínky vedoucí k omezení / eliminaci zápachu

Základní metody čištění vzduchu použitelné na  ČOV

Mezi hlavní metody čištění zápachu patří:
- biologická oxidace,
- chemické praní,
- zemní, půdní filtr,
- adsorpce na pevném loži, např. adsorpce na aktivním uhlí,
- fyzikálně-chemické způsoby oxidace.

Na ČOV se používá v podstatě jen biologické oxidace, pračky vzduchu a fyzikálně-chemické způsoby. Tradiční procesy (jako biologická oxidace) směřující k regulaci zápachu mohou vyvolat mimořádné požadavky na údržbu z hlediska nákladů na chemikálie a na zaměstnance, kteří nejsou vždy naprosto spolehliví. Kromě toho jsou s chemikáliemi i s biologickými procesy spojena vyšší provozní a zdravotní rizika. Nevýhodou biologické oxidace je možnost jejího zkolabování (např. vyschnutím náplně), dále inhibice mikroorganismů v náplni při zvyšováním solnosti nebo změnou pH prostředí. Pro půdní filtry je potřeba velké půdorysné plochy, tj. hlavní nevýhodou je záběr velkých ploch.

Fyzikálně-chemické metody odstraňování zápachu jsou z tohoto pohledu méně problémové. Vedou tím pádem k minimalizaci provozních nákladů a požadavků na údržbu. Naopak vyšší je jejich pořizovací cena. Principy biologického čištění jsou dostatečně známy, a tak následující informace budou směřovat k objasnění fyzikálně-chemických principů.

Fyzikálně-chemické způsoby (jako příklad je uvedena PCO)

Princip fotokatalytické oxidace (PCO)

Tento proces kombinuje fotooxidaci za působení UV světla a katalytickou oxidaci (viz Obr. 1). Technologie se obvykle používá v aplikacích, kde jsou odpadní plyny značně zatíženy obtížně oxidovatelnými, zapáchajícími nebo organickými látkami. Znečištěný vzduch se vede do reaktoru, v němž krátkovlnné UV světlo iniciuje chemickou reakci. Molekulární vazby zapáchajících složek se štěpí za vzniku radikálů kyslíku, hydroxylu, ozonu a jiných oxidujících iontů. Kromě toho UV světlo štěpí molekuly zapáchajících látek, čímž podporuje oxidační proces. Tím se odstraňují oxidovatelné znečišťující látky, jako sirovodík, amoniak, merkaptany a uhlovodíky, a odstraňuje se zápach. Katalyzátor pak slouží ke konečné oxidaci a může působit jako krátkodobý zachycující prostředek. Sloučeniny, které nejsou ihned zoxidovány, reagují na povrchu katalyzátoru a rozkládají se. Katalyzátor může představovat povrchová vrstva aktivního uhlí nebo oxidů kovů podle povahy zpracovávaného odpadního plynu. Katalyzátory nejsou absorbenty, mají pouze katalytický účinek na další oxidační reakce. Ve vyčištěném vzduchu se vyskytuje oxid uhličitý (CO2), dusík (N), síra (S) a vodní pára (H2O).

Schéma provozu fotokatalytické oxidace

Obr. 1: Schéma provozu fotokatalytické oxidace

Možnosti použití fotokatalytické oxidace

Fotokatalytická úprava je zvlášť vhodná ke zpracování značně znečištěných odpadních plynů, jako jsou sirovodík (H2S), amoniak (NH3), dimethylsulfidy ((CH3)2S), těkavé organicé látky (VOC) nebo merkaptany (CH3-SH, CH3-CH2-SH) aj. Na čistírnách odpadních vod jsou tyto látky obsaženy v plynech z procesu aerobní termofilní stabilizace, z čištění silného zápachu z fugátu při odvodňování kalů a z anaerobní stabilizace kalů, ve vzduchu v česlovnách, lapácích písku a štěrků.

Výhody fotokatalytické oxidace (PCO)

Provozováním fotokatalytického zařízení se získají následujícími výhody:
- jedná se o kompaktní jednotku s integrovaným ventilátorem a kontrolním panelem,
- schopnost spolehlivě čistit zápach o vysokých koncentracích s proměnlivým zatížením (tzn. s výkyvy znečištěného vzduchu),
- vysoká účinnost čištění podle mezinárodních standardů,
- zařízení zabírá málo prostoru, tj. minimální požadavky na prostor,
- minimální požadavky na údržbu,
- nedochází ke vzniku žádné odpadní vody,
- není potřeba vody,
- nepotřebuje žádné chemikálie,
- umístění zařízení je možné uvnitř objektu nebo i mimo něj,
- možnost provozu kontinuálního i přerušovaného (šetření energií).

Příklady realizovaných objektů katalytické oxidace na ČOV

Obr. 2: Příklady realizovaných objektů katalytické oxidace na ČOV

Argumentace při srovnání biologických a fyzikálně-chemických metod

Biofltry jsou vhodné pro malé a rovnoměrné zatížení - v literatuře se udává, že biofiltry nejsou schopny akceptovat více než 15 ppm H2S. Biofiltry jsou citlivé na provozní podmínky, tj. vlhkost a teplota musí být odpovídající a zatížení znečištěním musí být v určitých mezích. V zimě je nutno vzduch ohřívat, aby biologie zůstala aktivní. Biofiltr tedy je řešením, ale je třeba si uvědomit, že je citlivý na změny provozních podmínek. Pokud tedy v praxi biofiltr není funkční, pak je to špatným návrhem nebo nesprávným provozováním.

Fotoionizace (PCO) tyto problémy nezná. Zařízení je zapnuto nebo vypnuto. Teplota a vlhkost nehrají roli. Jednou za rok se vymění spotřební materiál – filtry, UV lampy a katalyzátor, a to je celá údržba. Fotoionizace zvládá i vysoké zatížení a může pracovat i s nerovnoměrným zatížením. Proto jsou tímto zařízením vybavovány  především čerpací stanice.

Technologie PCO se používá všude tam, kde je nutné dobré a jisté čištění vzduchu. V praxi to znamená tam, kde je blízko obytná zástavba. Další argument pro PCO je ten, že vzduch je v podstatě hygienicky zabezpečen, tj. jsou odstraněny i další choroboplodné zárodky, bakterie, plísně a houby.

Konkrétní případ srovnání PCO + ionizace a biofiltru pro česlovnu s prostorou 1 000 m3

Zajímavá je také kombinace PCO a ionizace (tzv. aktivní kyslík) - viz příklad srovnání s biofiltrem pro konkrétní objekt česlovny s vnitřním objemem 1 000 m³:

a) Standardní návrh:
6-násobná výměna, tj. 6 000 m³/h vzduchu, při řešení s biofiltrem.

b) Konkurenční návrh:
1-násobná výměna, tedy 1 000 m³/h vzduchu (pro regulaci vlhkosti a základní čištění) přes PCO, k tomu dvě dodatečné ionizační jednotky v prostotu v době, kdy se tam nachází obsluha.

Výsledkem jsou nižší celkové náklady, především pak náklady na elektrickou energii. Náklady na pořízení budou sice vyšší, ale celkové náklady vždy nižší (viz Tab. 4).

Srovnání investičních a provozních nákladů pro česlovnu 1 000 m3
Tab. 4: Srovnání investičních a provozních nákladů pro česlovnu 1 000 m3

Z kalkulace je zřejmé, že v řadě případů budou ekonomické ukazatele fyzikálně-chemických metod srovnatelné nebo lepší než u biologického čištění, přičemž spolehlivost procesů je mnohem vyšší. Což je zjištění, které zatím neproniklo do podvědomí odborné veřejnosti.

Další příklady řešení zápachu na ČOV

Kombinace UV záření a katalyzátoru, tzv. fotokatalytická oxidace, je jednoznačnou volbou na místech, kde je zápach nepřípustný. Tato technologie je charakteristická velmi vysokou účinností proti pachovým látkám vznikajícím při nakládání s odpadními vodami. Díky tomu si i v ČR našla cestu na místa, kde je zápach hlubším problémem: ČOV Česká Třebová, kde byl zápach před rekonstrukcí předmětem mnoha stížností občanů. Mezi konkrétní případy řešení patří i mokrá jímka na ÚČOV v Praze.

Mokrá jímka v areálu ÚČOV Praha je objekt velikostí zanedbatelný, ale produkcí zápachu zcela neopominutelný. Ve dvojici jímek se setkávají kaly z celé ČOV před cestou do kalového hospodářství, přičemž zároveň slouží jako svozová jímka pro všechny druhy odpadů zpracovávaných na ČOV. Zápach unikající z těchto jímek je velice silný, v nejbližším okolí jímky vyvolává nevolnost a v širším okolí je nepříjemně obtěžující.

V roce 2014 byla na objekt jímky dodána fotokatalytická jednotka AS-PCO 600/2s/EX. Průtok vzdušiny jednotkou byl definován v návaznosti na pohyb hladiny v jímkách, vzhledem ke koncentraci pachových látek byl zvolen dvoustupňový proces. Z důvodu možnosti výskytu výbušných plynů byla dodána jednotka v provedení do výbušného prostředí. Celkový příkon jednotky včetně odtahového ventilátoru je pouze 1,2 kW.

Jednotka AS-PCO 600/2s/EX na ÚČOV Praha

Obr. 3: Jednotka AS-PCO 600/2s/EX na ÚČOV Praha

Výhodou fotokatalytické oxidace je okamžitý účinek, proto ihned po spuštění jednotky bylo poznat razantní snížení emise pachových látek do okolí. To bylo mimochodem důvodem udivených komentářů všech účastníků zprovoznění dezodorizační jednotky na ÚČOV Praha. Instalací jednotky AS-PCO došlo k eliminaci produkce zápachu, což vede nejen ke zlepšení situace v okolí jímky, ale také pracovního prostředí pracovníků ČOV.

Průmyslová ČOV bez zápachu

O rok později byla dodána již druhá fotokatalytická jednotka pro průmyslovou ČOV v areálu tradiční brněnské společnosti zabývající se výrobou tkanin z vlněných česaných přízí. ČOV slouží k předčištění odpadních vod (OV) z celého výrobního areálu, předčištěné vody jsou vypouštěny do kanalizace ve správě BVK a.s.

Díky projektu podpořenému dotací z fondů EU v rámci kapitoly OPŽP byla dodána nová fotokatalytická jednotka AS-PCO 1000 s kapacitou 1 000 m3/hod. Vzhledem k převládajícím OV z výrobního procesu, kde je využíváno mnoho různých chemických činidel (barvení, čištění, atd.), jsou OV dlouhodobě zdrojem velice nepříjemně zapáchající vzdušiny. V minulosti docházelo k častým stížnostem na silný zápach od obyvatel z okolních čtvrtí. Hlavním zdrojem jsou nádrže mechanického předčištění a homogenizační nádrž. Instalace již druhé fotokatalytické jednotky umožňuje odtahovat a čistit vzdušinu z obou těchto nádrží.

V rámci zkušebního provozu bylo provedeno měření charakteristických pachových látek - sirovodíku a amoniaku - na vstupu a výstupu do/z jednotky (Tab. 5). Jednotka prokázala svoji vysokou účinnost odstraněním 96 % sirovodíku, resp. 90 % amoniaku.

Výsledky autorizovaného měření na jednotce AS-PCO NOX 1 000
Tab. 5: Výsledky autorizovaného měření na jednotce AS-PCO NOX 1 000

Je zřejmé, že zápach bude i v budoucnu jednou z častých příčin občanské nespokojenosti. V celé řadě případů je zápach vhodné řešit klasickými (a často levnějšími) technologiemi, než je PCO. Nicméně PCO technologie najde své místo vždy tam, kde je kladen důraz na maximální účinnost a stabilitu procesu likvidace zápachu.

Ing. Ondřej Unčovský

Literatura
[1] ATV Fachauschuss 6.4 - Abluftemisionen aus kommunalen Abwasseranlagen, Publishing ISBN 3-927729-19-1.
[2] ASIO, spol. s r.o, Sborník ze setkání odborníků VEJCOID 2011 – Kobylí na Moravě.

 

Kontakty

ASIO, spol. s r.o.
Kšírova 552/45
619 00 Brno
ID datové schránky: 9nwzka6

ASIO NEW, spol. s r.o.
Kšírova 552/45
619 00 Brno
ID datové schránky: z9g8vaw

tel.: 548 428 111
e-mail: asio@asio.cz