Filip Wanner

Vedoucí/Supervisor

Ing. Iveta Růžičková, Ph.D.

Jazyk/Language

Czech

Abstrakt

S rozvojem analytických metod schopných detekovat látky ve vodním prostředí i ve velmi nízkých koncentracích se do popředí zájmu dostávají látky souhrnně označované jako PPCP (pharmaceuticals and personal care products). Po použití se tyto látky dostávají v odpadních vodách na čistírny odpadních vod a dále do vodního prostředí. Tato práce pojednává o výskytu těchto látek v odpadních vodách. Zabývá se jejich transformací v průběhu biologického čištění odpadních vod a popisuje možnosti jejich odstraňování. 

Jelikož látek spadajících do kategorie PPCP je nepřeberné množství, byla vybrána pětice zástupců podle jejich významu a spotřeby v České republice. Sledovanými látkami tak byl ibuprofen, kyselina salicylová, diklofenak, karbamazepin a kyselina klofibrová. Pro ověření výskytu těchto látek na velkých čistírnách odpadních vod v České republice byli vybráni čtyři zástupci představující různě velké ČOV s odlišnou technologií čištění. Na těchto čistírnách byla provedena série pěti měření v profilech popisujících proces biologického čištění odpadních vod. Bylo zjištěno, že ibuprofen a kyselina salicylová se v odpadních vodách vyskytují v nejvyšších koncentracích, zároveň jsou dobře biologicky rozložitelné s dobrou účinností odstraňování. Diklofenak a karbamazepin se naopak ukázaly jako rezistentní vůči biologickému čištění odpadních vod. Oproti předpokladům byl výskyt kyseliny klofibrové v odpadních vodách často pod mezí detekce analytické metody. 

Druhá část práce byla zaměřena na možnosti zvýšeného odstraňování sledovaných látek na základě změn a úprav technologických parametrů ČOV. Pro tyto účely byl zkonstruován model ČOV, který byl zásoben reálnou odpadní vodou s výskytem sledovaných látek. V rámci tohoto experimentu byly potvrzeny výsledky získané na čtyřech velkých ČOV. Současně bylo konstatováno, že pouhou úpravou technologických parametrů nelze dosáhnout výrazných změn účinnosti odstraňování těchto látek. 

V poslední části práce byla pozornost zaměřena na možnosti využití terciárního stupně čištění pro zvýšené odstraňování sledovaných látek. Byla vyzkoušena technologie filtrace přes aktivní uhlí, UV záření a ozonizace. Nejlepších výsledků bylo dosaženo při filtraci přes aktivní uhlí, která dokázala účinně odstranit nejen biologicky nerozložitelné látky diklofenak a karbamazepin, ale současně výrazně snížit zbytkové koncentrace ibuprofenu a kyseliny salicylové. Podobných výsledků bylo dosaženo i pro technologii ozonizace. Při vyšších dávkách ozonu však byl zaznamenán nárůst koncentrací kyseliny salicylové po procesu ozonizace. UV záření se ukázalo jako málo účinné s podobným efektem nárůstu koncentrace kyseliny salicylové. Jako nejvhodnější, nejstabilnější a nejspolehlivější technologie pro odstraňování sledovaných látek byla vyhodnocena filtrace přes aktivní uhlí.

Abstract

With the development of analytical methods capable of detecting substances in the aquatic environment in very low concentrations, the substances collectively referred to as PPCP (Pharmaceuticals and Personal Care Products) are now in focus. When used, these substances are together with wastewaters discharged into sewage treatment plants and then into the aquatic environment. This thesis discusses the occurrence of these substances in waste waters. Dealing with their transformations during biological wastewater treatment and describes the options for their removal. 

Since substances falling into the category of PPCP are plentiful, five representatives have been selected according to their importance and consumption in the Czech Republic. The substances ibuprofen, salicylic acid, diclofenac, carbamazepine and clofibric acid were monitored. To verify the presence of these substances in large sewage treatment plants in the Czech Republic, four representatives representing various large WWTP different treatment technologies were selected. These wastewater treatment plants were sampled in a series of five measurements in profiles describing the process of biological treatment of wastewater. The concentrations of ibuprofen and salicylic acid were the highest of observed substances, but also well biodegradable with good removal efficiency. Diclofenac and carbamazepine proved to be resistant to biological wastewater treatment. Contrary to expectations, the incidence of clofibric acid in wastewaters was often below the detection limit of the analytical method.

The second part of the paper focuses on the possibility of increasing removal efficiency of observed substances on the basis of changes and modifications of the technological parameters of the WWTP. For this purpose, a model of wastewater treatment plant was constructed and operated, which was fed with real wastewater with the occurrence of observed substances. In this experiment the results obtained in four large WWTP were confirmed. Adjusting the biological process parameters did not cause significant changes of their removal efficiency. 

The last part was focused on the possibilities of the tertiary treatment stage for increased removal of observed substances. The following technologies were tested: filtration through active carbon, UV radiation and ozonation. The best results were achieved for filtration through activated carbon, which can effectively remove not only the non-biodegradable substance diclofenac and carbamazepine, but also significantly reduce the residual concentration of ibuprofen and salicylic acid. Similar results were observed for ozonation. Howewer, at higher doses of the ozone the increase of salicylic acid concentration was observed. UV radiation has proved to be ineffective with similar effects of increase the concentration of salicylic acid. As the best, most stable and reliable technology for removing observed substances, the technology of filtration through activated carbon was evaluated.