Porovnání účinnosti odlučovačů lehkých kapalin

16. 1. 2014

Pro testy byla použita zkušební tekutina (lehký topný olej) podle ČSN EN 858-1 a znečištěná směs dle rakouské normy ÖNORM B 5104. Výsledky testování OLK s vestavbami, při konstantních nátokových podmínkách se zkušební tekutinou podle ČSN EN 858-1 prokázaly, že dosažení 99% účinnosti odloučení neemulgovaných lehkých kapalin na výstupu z  OLK je technicky možné. Při testování znečištěné směsi podle rakouské normy ÖNORM B 5104, jenž obsahuje emulgované a na nerozpuštěných látkách navázané ropné látky, je účinnost mechanických OLK mnohem nižší. Proto použití mechanického předčištění má své opodstatnění i jako předúprava pro další stupeň čištění takto znečištěných vod.

1. Úvod

Odlučovače lehkých kapalin slouží pro zachycení a odloučení volných lehkých kapalin ze znečištěných vod. Jedná se zejména o ropné látky, charakterizované ukazatelem C10-C40. Slouží k čištění odpadních vod z průmyslových provozů, mechanizačních středisek, odstavných a parkovacích ploch, zkrátka všude tam, kde dochází k úkapům lehkých kapalin nebo by mohlo dojít k jejich úniku do povrchových vod [1].

Technické parametry odlučovačů lehkých kapalin jsou stanoveny normami:
ČSN EN 858-1 (75 6510). Odlučovače lehkých kapalin (např. oleje a benzinu)
– Část 1: Zásady pro navrhování, provádění a zkoušení, označení a řízení jakosti [2],

ČSN EN 858-2 (75 6510). Odlučovače lehkých kapalin (např. oleje a benzinu)
– Část 2: Volba jmenovité světlosti, instalace, provoz a údržba [3].

U legislativních požadavků na vypouštění vyčištěných vod s obsahem uhlovodíků C10-C40 do recipientu je nutné respektovat zákon č. 254/2001 Sb. o vodách, v platném znění a navazující prováděcí předpisy a zvláště nařízení vlády č. 61/2003 Sb., o ukazatelích a hodnotách přípustného znečištění povrchových vod a odpadních vod, náležitostech povolení k vypouštění odpadních vod do vod povrchových a do kanalizací a o citlivých oblastech ve znění pozdějších předpisů. Jako imisní standard přípustného znečištění povrchových vod v ukazateli C10-C40 je stanovena hodnota 0,1 mg/l [4]. V případě, že jsou vyčištěné odpadní vody vypouštěny do kanalizace splaškové nebo jednotné, je nutné respektovat schválený kanalizační řád, ve kterém jsou uvedeny koncentrační limity pro jednotlivé ukazatele. Hodnoty C10-C40 se pohybují převážně v rozmezí 10-15 mg/l.

Předpisy implementují také přístupové smlouvy k EU, kde jedním z hlavních úkolů je zamezení zhoršení stavu povrchových a podzemních vod a zlepšení stavu vodních ekosystémů. Prevence je zaměřena na omezování znečištění zejména u jejich zdrojů.

Ke splnění legislativně požadovaných hodnot na kvalitu vypouštěných vod se k separaci volných lehkých kapalin u zdrojů znečištění pro svou jednoduchost, cenovou dostupnost a nenáročnou obsluhu používají zejména mechanické odlučovače lehkých kapalin. Návrh technického řešení pak závisí na konkrétních podmínkách v území, např. na velikosti odvodňované plochy, klimatických poměrech, velikosti návrhového deště, požadavku jakosti vyčištěných vod a na úrovni znečištění vstupních vod [5]. Pro zachycení uhlovodíků ze splachů a srážkových vod může být OLK navržen samostatně nebo v kombinaci s dešťovou usazovací nádrží [6], retenční filtrační nádrží [7], akumulační nádrží nebo zasakovacími průlehy s retenčním prostorem [8,9]. U průmyslových odpadních vod opět samostatně nebo v kombinaci s dalšími stupni čištění buď na bázi fyzikálně-chemických procesů, např. koagulací [10,11], elektrokoagulací [12], flotací [13], sorpcí [14], adsorpcí [15], stripováním [16], membránovou separací [17] anebo biologickým čištěním.

Předmětem této práce bylo testování možnosti zvýšení účinnosti mechanického OLK pomocí různých typů vestaveb. Cílem bylo zjistit účinnost této konvenční technologie, která je energeticky a technicky nenáročná a její využitelnost pro předčištění (předúpravu) před případným dalším stupněm čištění.

2. Metodika

Metodika testování OLK vychází z norem ČSN EN 858-1 [2] a rakouské normy ÖNORM B 5104 [18].

Podle ČSN EN 858-1, kde se pro testování využívá neemulgovaného topného oleje, je hodnota koncentrace LTO (stanovená jako ukazatel C10-C40) na výstupu z OLK pro třídu I. max. 5 mg/l, pro třídu II. max. 100 mg/l. Podle rakouské normy ÖNORM B 5104, ve které je popsáno použití směsi oleje a dalšího znečištění (viz. odst. 2.1), by neměla koncentrace uhlovodíků na výstupu z OLK přesáhnout 80 mg/l.

Porovnáváno je tak zároveň i chování dvou různých stavů oleje – neemulgovaného a emulgovaného navíc ve směsi s nerozpuštěnými látkami.

2.1 Zkušební kapaliny

Při prvním testu byla použita lehká kapalina - topný olej podle ISO 8217 s označením ISO-F-DMA o objemové hmotnosti (0,85 ± 0,015) g/cm ³ při teplotě 12 °C. Zkušební kapalina byla dávkována pomocí peristaltického čerpadla v množství 90 ml/min, což odpovídá vstupnímu znečištění 5 ml/l.

Při druhém testování byla použita směs zkušební tekutiny (ÖNORM B 5104), tj. směsi lehkého topného oleje, motorového oleje15W40, přípravku na studené mytí motorů ARVA
v poměru 2000:150:100, vápenec (110 g) a kaolin (110 g). Voda se směsí zkušební kapaliny byla dávkována v množství 150-180 ml/min peristaltickým čerpadlem. Směs byla po celou dobu zkoušky míchána hřídelovým míchadlem při cca. 270 ot/min.

2.2 Testovací zařízení

V rámci testování bylo sestaveno modelové zařízení (viz obr. 1), které svou konstrukcí umožňovalo výměnu separačních vestaveb za účelem zjištění účinnosti OLK při konstantních nátokových podmínkách.

Pro měření byl použit odlučovač lehkých kapalin s prostou sedimentací a tyto druhy vestaveb:
• lamely (se sklonem 60°),
• voštiny (prostorová několikrát zalomená trubice, typ 2H),
• koalescenční filtr (PUR pěna tl. 5 cm),
• koalescenční filtr (PUR pěna tl. 15 cm).

Zkušební zařízení se skládalo z akumulační nádrže č. 1 s čerpadlem, přítokového potrubí do odlučovače lehkých kapalin s instalovaným průtokoměrem, usměrňovače proudu, OLK s různě měnitelnou vestavbou, odtokového potrubí s možností odběru vzorků a akumulační nádrže č. 2 s vypouštěním.

2.3 Provedení testů

Akumulační nádrž č. 1 byla napuštěna pitnou vodou. Z této nádrže byla voda čerpána do OLK. Na přívodním potrubí bylo umístěno obtokové potrubí s průtokoměrem. Průtok vody byl nastaven na 0,3 l/s (1080 l/h). Přítokové potrubí bylo vedeno do usměrňovače proudu, kam byla dávkována zkušební tekutina pomocí peristaltického čerpadla. V OLK docházelo
k postupnému odloučení lehké kapaliny (viz obr. 2, 3, 4 a 5). Vyčištěná voda pak přepadala do odtokového potrubí a dále do akumulační nádrže č. 2. Z odtokového potrubí byly ve stanovených časových intervalech odebírány vzorky do připravených 250 ml skleněných zábrusových lahví. Po ukončení každého měření byl OLK vypuštěn a pro další sérii měření byla vyměněna vestavba.

Při testování OLK podle ČSN EN 858-1 byly vzorky odebrány u jednotlivých typů vestaveb po 10, 20 a 30 minutách od napuštění OLK vodou s příměsí LTO. Při testování podle ÖNORM B 5104 byly vzorky odebrány po 20 a 30 minutách od napuštění OLK vodou a směsí zkušební tekutiny.

2.4 Stanovení obsahu uhlovodíků ve vzorcích

Vzorky byly analyzovány pomocí chromatografické metody (detektorem plynové chromatografie HP 5890 série II s FID, ČSN EN ISO 9377-2). Tato metoda je vhodná pro zjišťování obsahu lehkého topného oleje v případě, kdy je koncentrace LTO vyšší než 1 mg/l.

3. Výsledky a diskuze

Testy porovnání účinnosti odstranění LTO byly provedeny pro různé vestavby OLK za stejných nátokových podmínek převzatých z ČSN EN 858-1. Čistý LTO byl dávkován do uklidňovacího válce takovým způsobem, aby nedocházelo k jeho emulgaci. Koncentrace LTO na odtoku z testovacího zařízení jsou uvedeny v Tab. 1. U prosté sedimentace byly
z technických důvodů odebrány pouze dva vzorky.

Na základě porovnání účinnosti jednotlivých vestaveb OLK lze konstatovat, že pokud je LTO v neemulgované formě, nezáleží na typu vestavby a OLK dosahuje odtokových koncentrací nižších než 1 mg/l při dosahované účinnosti téměř 100 %. Nejnižší účinnosti dosahoval odlučovač bez vestavby s odtokovou koncentrací LTO nižší než 10 mg/l a účinností téměř 99,8 %. Protože na základě těchto výsledků nebylo možné posoudit, která z vestaveb je nejúčinnější, byly provedeny testy, kdy testovací kapalina byla namíchána podle rakouské normy s obsahem motorového oleje, mycího přípravku a nerozpuštěných látek. Tato směs byla míchána hřídelovým míchadlem za vzniku olejové emulze po celou dobu testování. Výsledky těchto testů jsou shrnuty v tab. 2.

Na základě naměřených hodnot lze testované varianty OLK seřadit podle vzrůstající účinnosti separace uhlovodíků. Jako nejméně účinný se opět ukázal OLK bez instalované vestavby
s účinností 92,5 % a odtokovou koncentrací LTO kolem 240 mg/l. Naopak nejvyšší účinnosti dosahoval koalescenční filtr z PUR pěny tloušťky 15 cm s účinností téměř 97 % a odtokovou koncentrací LTO nižší než 100 mg/l. Navíc lze předpokládat, že ustálené hodnoty budou pro všechny vestavby nižší, než byly námi naměřené hodnoty po 30 min.

4. Závěr

Při testování zvýšení účinnosti odstranění lehkých kapalin v OLK instalací různých typů vestaveb byly pro porovnání analyzovány vzorky po prosté sedimentaci a s použitím testovaných vestaveb. Výsledky testů jednoznačně potvrdily zvýšení účinnosti OLK instalací vestaveb, přičemž účinnost odstranění roste se zvyšujícím se uplatněním koalescenčního efektu.Tj. PUR pěny s malými póry a delší dobou zdržení kapaliny v koalescenčním prostředí (PUR 15 cm) vykazují vyšší účinnost čištění než lamely nebo voštiny s většími průlinami.

Srovnání postupů podle obou norem, tj. postupu s použitím čistého oleje a s použitím znečištěného a emulgovaného oleje ukázalo, že postup podle ČSN EN 858-1 na jedné straně reflektuje účinnost zařízení na odlučování lehkých kapalin, na druhé straně však nelze z tohoto testu odvozovat účinnost zařízení OLK na konkrétní lokalitě. Emulgace, koncentrace, charakter nerozpuštěných látek a sorpce lehkých kapalin na nerozpuštěné látky bude na každé lokalitě jiná. Z experimentů také vyplývá, že v extrémním případě (viz např. simulace podle ÖNORM B 5104, která se používá pro myčky aut) se koncentrace lehkých kapalin na výstupu z OLK mohou pohybovat v desítkách miligramů na litr.

Z hlediska použití OLK by bylo dále vhodné testovat směs podle ÖNORM B 5104 bez emulgátoru, tj. zjistit, jak se chová směs jílu a ropných látek, případně přímo simulovat procesy z praxe. Odebrat vzorky nerozpuštěných látek z různých ploch (co do intenzity provozu i typu povrchu), zjistit doby potřebné k jejich usazení a zároveň i to, jak se budou snižovat s úbytkem nerozpuštěných látek i koncentrace uhlovodíků. Popsaná měření by sloužila k individuálnímu navrhování zařízení, u kterého by následně bylo možné určitým způsobem garantovat např. maximální hodnoty koncentrací na odtoku, případně k návrhu doplnění další technologie, která by zajistila dosažení požadovaných limitů (např. sorpční kolony nebo membránové separace).

Poděkování

Zvláštní poděkování patří doc. Ing. Jaromíře Chýlkové, CSc. za provedení a vyhodnocení veškerých analytických stanovení.

Tento článek vznikl v rámci řešení projektu TA01020730 „Separace uhlovodíků z vod a sledování jejich kvality“, řešeného s finanční podporou TA ČR.

Literatura

[1] Odlučovače lehkých kapalin, [online]. [cit. 2013-01-16]. Dostupné z: http://www.asio.cz/cz/odlucovace-lehkych-kapalin
[2] ČSN EN 858-1 (75 6510). Odlučovače lehkých kapalin (např. oleje a benzinu) – Část 1: Zásady pro navrhování, provádění a zkoušení, označení a řízení jakosti. Praha: Český normalizační institut, 2003. 48 p.
[3] ČSN EN 858-2 (75 6510). Odlučovače lehkých kapalin (např. oleje a benzinu) – Část 2: Volba jmenovité světlosti, instalace, provoz a údržba. Praha: Český normalizační institut, 2003. 24 p.
[4] Nařízení vlády 61/2003 Sb.: O ukazatelích o ukazatelích a hodnotách přípustného znečištění povrchových vod a odpadních vod, náležitostech povolení k vypouštění odpadních vod do vod povrchových a do kanalizací a o citlivých oblastech, ve znění nařízení vlády č. 229/2007 Sb. a nařízení vlády č. 23/2011 Sb. In: Sbírka zákonů. 2003, 24/2003.
[5] ČSN 75 6551. Odvádění a čištění odpadních vod s obsahem ropných látek. Praha: Český normalizační institut, 2008. 20 p.
[6] Pírek, O., Uher, M.: Odlučovače lehkých kapalin jako havarijní zabezpečení ploch, Enwiweb.cz, [online] 2007. [cit. 2011-08-22]. Dostupné z:http://www.enviweb.cz/clanek/archiv/64612/odlucovace-lehkych-kapalin-jako-havarijni-zabezpečení-ploch
[7] Herman, E., Dinger, M., Steiner, M., Boller, M.: Behandlung von hoch belastetem Straβenabwasser. In KA Korrespondenz Abwasser, Abfall, leden 2010. www.dwa.de/KA
[8] Beránková, D.; Brtníková, H.; Kupec, J.; Huzlík, J.; Jandová, V.: Srážkoodtokové poměry dálničních a rychlostních komunikací – informace o dílčích výsledcích grantového úkolu MDČR v roce 2005. ASIO, spol. s r.o. In Návaznosti 2008, Sborník. Brno 30.10.2008, s. 129-135
[9] Vítek, J., Dušek O.: Zkušenosti se zaváděním hospodaření s dešťovými vodami
v prostředí ČR. In "Hospodaření s dešťovými vodami ve městech a obcích" (Brno), Seminář, 8.3. 2007. [cit. 2013-01-29]. Dostupné z: http://www.jvprojektvh.cz/photo/sekce/file/2007-03-08_JVPVH.pdf
[10] Malý, J., Malá J.: Chemie a technologie vody. 1 vyd. Brno: NOEL, 2000. 200 s. ISBN 80-86020-13-4.
[11] Žáček, L.: Chemické a technologické procesy úpravy vod. 1.vyd. Brno: NOEL, 2000. 239 s. ISBN 80-86020-22-2.
[12] Krystyník, P., Klusot, P., Tito, D., Bostock, J., Jones, D.: Elektrokoagulace jako metoda předčištění odpadních vod pro následnou aplikaci pokročilých oxidačních procesů (POPs). In Nanomateriály a fotokatalýzy, Sborník. Praha 2011, s. 93-95
[13] Tesařík, I.: Vybrané statě z vodárenství II. Brno, Vysoké učení technické v Brně, 1984, 129 s.
[14] Plotěný, K., Pírek, O., Odlučovače LK – Nové poznatky a předpisy, In Odlučovače lehkých kapalin a řešení odtoků z komunikací a parkovacích ploch, Praha 19. březen 2009. Edit. AČE ČR, s. 17-21.
[15] Pitter, P.: Hydrochemie. Praha: Vysoká škola chemicko-technologická, 1999. ISBN 80-7080-340-1
[16] Hlavínek P., Malý J.: Čištění průmyslových odpadních vod. Praha: Noel 2000, 1996,255 s.
[17] Káš J., Kodíček, M., Valentová O.: Laboratorní techniky biochemie. Praha: Vysoká škola chemicko-technologická, 2006. ISBN 80-7080-586-2
[18] ÖNORM B5104 - Abwasserverhalten von Reinigungsmitteln ("Kaltreinigern" bzw. "Lösemittelreinigern") auf nicht wässeriger Basis für Fahrzeug- und Motorenreinigung - Anforderungen, Prüfung, Normkennzeichnung. Wien: Austrian Standards Institute, 2007. 11 p.
[19] Plotěný, K.: Návrh metodik pro vodoprávní řízení – Odlučovače lehkých kapalin. TZB-info.cz, [online] 2004. [cit. 2011-08-22]. Dostupné z: http://www.tzb-info.cz/t.py?t=2&i=1816

Tento článek byl již v plném znění publikován ve sborníku k seminářům ASIO, spol. s r.o. „Separační procesy … aneb síta, bublinky a zemská tíže“ (říjen, listopad 2013).

Marie Oprchalová [1] , Ondřej Škorvan [2] , Petr Mikulášek [3] , Karel Plotěný [4]