Pokročilé čištění odpadních vod pro opětovné použití

Měnící se klima a neustálý růst světové populace zvyšují tlak na zásoby sladké vody, což zvyšuje potřebu hospodařit s tímto životně důležitým zdrojem. Vedle úsporných opatření, se jako zásadní strategie pro doplnění zásob sladké vody objevují procesy opětovného využívání vody, při nichž se odpadní voda upravuje tak, aby splňovala normy kvality pro užitečné využití.

V uplynulých více než deseti letech se voda běžně používala pro průmyslové chlazení, splachování toalet a zavlažování zeleně. V posledních letech však pokročilé metodiky úpravy vody přinesly životaschopnost a bezpečnost opětovného využití pitné vody - přímého i nepřímého opětovného využití pitné vody - a tento trend se rychle prosazuje i v komunální sféře.

Po odstranění větších pevných částic a mikroorganismů z přitékajícího proudu opakovaně používané vody pomocí běžných metod úpravy se pokročilá úprava zaměřuje na menší částice a virové kontaminanty, které zůstávají. To vyžaduje postupy, jako je filtrace, reverzní osmóza a dezinfekce, které umožňují dosáhnout přísných norem kvality vody pro opakované použití jako pitné.

Filtrace se běžně používá k odstranění nerozpuštěných látek, bakterií a některých větších organických molekul. Filtrační materiály mohou zahrnovat písek, granulovaná média a jemné membrány.

Membránová filtrace je již dlouhou dobu základním prvkem úpravy pitné vody, který se používá k odstranění kontaminantů pomocí stlačení a protlačení vody přes jemné membrány. Velikost pórů membrán se liší v závislosti na požadavcích a často se používají různé membrány, přičemž velikost pórů se s postupem procesu snižuje.

Mikrofiltrace se pravidelně nasazuje na začátku terciárního čištění s velikostí pórů od 0,1 do 10 mikronů. Ultrafiltrace (UF) s průměrem pórů od 0,01 do 0,1 mikronu je účinná při odstraňování nerozpuštěných látek, bakterií a mnoha virů. Oba tyto typy membrán fungují jako fyzikální bariéry, které zachycují kontaminanty na povrchu membrány a zároveň umožňují průchod čisté vody. Protože se kontaminanty na povrchu membrány časem hromadí, je nutné pravidelné zpětné proplachování, aby se zachovala účinnost a póry se neucpávaly a voda mohla dále procházet.

Nanofiltrace, která posouvá filtraci na ještě jemnější úroveň, využívá membrány s póry o průměru přibližně 0,001 mikronu. Díky jemným otvorům je nanofiltrace schopna odstranit širší spektrum kontaminantů, včetně rozpuštěných organických látek, iontů tvrdosti - například vápníku a hořčíku - pesticidů a některých těžkých kovů. Pravidelně se používá jako mezistupeň mezi ultrafiltrací a reverzní osmózou (RO), protože poskytuje vysoký stupeň čištění bez vysokých energetických nároků, které RO vyžaduje k odstranění rozpuštěných solí.

Pokud je čistota vody kriticky důležitá, jako je tomu v případě přímého opětovného použití pro pitné účely a v mnoha průmyslových aplikacích, lze k odstranění nejjemnějších nečistot použít membrány pro reverzní osmózu (RO). Tyto membrány mají póry o průměru přibližně 0,0001 mikronu, které zachycují soli, minerály, stopové znečišťující látky, bakterie a viry. Vzhledem k tak malým pórům a nutnosti překonat osmotický tlak vyžaduje RO značnou energii k natlakování a přečerpání vody přes membrány.

Vzhledem k malým pórům se v systémech RO obvykle používá křížová filtrace, při níž je filtrovaná voda vedena jedním směrem, zatímco kontaminovaná koncentrovaná voda prochází nádobou jiným směrem. Křížová filtrace umožňuje proudu koncentrátu smývat nánosy kontaminantů na membráně a udržovat dostatečnou turbulenci, aby se povrch neucpával.

Proud koncentrátu se skládá ze solanky a dalších sloučenin, které nemohou projít membránou. Pro zvýšení výtěžnosti vody se systémy RO často skládají z více stupňů, přičemž koncentrát z jednoho stupně je protlačován membránou druhého stupně RO nebo recyklován zpět přes původní membránu.

Po filtraci je dezinfekce obvykle posledním krokem terciárního čištění. Mezi běžné metody dezinfekce patří chlorace a pokročilé oxidační metody, jako je ultrafialové záření a ozonizace. Tyto postupy inaktivují zbývající patogeny, včetně bakterií, virů a prvoků, aby bylo zajištěno splnění přísných požadavků na kvalitu vody.

Úspěch každého programu opětovného využití vody přesahuje technologickou vyspělost a vyžaduje pečlivou kontrolu procesu, důsledné sledování kvality napájecí vody a důkladný režim údržby. Systémy řízení procesů musí být navrženy tak, aby průběžně monitorovaly a upravovaly parametry úpravy a zajistily tak stálou kvalitu vody v produktu, zatímco opatření pro řízení životního prostředí musí být zachována, aby se zabránilo vnášení kontaminantů, které mohou ohrozit úpravu.

S tím, jak vlády uznávají rostoucí roli opětovného využívání vody při zajišťování bezpečnosti vodních zdrojů, se právní prostředí rychle vyvíjí. V mnoha regionech se stále častěji objevují zejména postupy pro nepřímé a přímé povolování opětovného využívání pitné vody, které stanovují požadavky na projekty opětovného využívání vody a zároveň řeší obavy veřejnosti ohledně bezpečnosti systému. S rozvojem technologií úpravy vody by se měly i nadále přizpůsobovat regulační rámce, aby podporovaly inovace a zároveň chránily veřejné zdraví a integritu životního prostředí.

Budoucnost zabezpečení vody závisí na schopnosti přijmout udržitelné postupy a pokračující investice do výzkumu, infrastruktury a vzdělávání veřejnosti pomohou zajistit udržitelný výnos vody pro další generace.