Optimalizace návrhu provozního denitrifikačního bioreaktoru

Smyvem ze zemědělsky využívaných ploch se do povrchových i podzemních vod dostávají vysoké koncentrace dusičnanů. Jednou z možností, jak vnos tohoto znečištění do vod omezit, jsou denitrifikační bioreaktory. Cílem této práce je optimalizování návrhu provozního denitrifikačního bioreaktoru v podmínkách ČR. V teoretické části práce je charakterizován proces denitrifikace a technologie denitrifikačních bioreaktorů. Dále jsou uvedeny existující metodické dokumenty zabývající se jejich návrhem a je popsán vliv návrhových parametrů na provozní výkon bioreaktoru. V praktické části práce je navržen denitrifikační bioreaktor v katastru obce Němčice v Jihomoravském kraji. K tomuto účelu byla na podkladě již existující metodiky Hrich et al. (2018) vytvořena optimalizovaná metodika návrhu parametrů denitrifikačního bioreaktoru s využitím poznatků z teoretické části. Pro návrhový průtok 17,4 l.s-1 byl navržen bioreaktor s poměrem stran 1:1, lichoběžníkovým průřezem v obou směrech a s objemem náplně 422 m3. Bioreaktor zabírá plochu o velikosti 0,05 % sběrného území.
By leaching from agricultural areas, high concentrations of nitrates enter rivers and groundwater. Denitrifying bioreactors are one of the possibilities to reduce pollution intake into water. The aim of this thesis is to optimize design of a full-scale denitrifying bioreactor in the Czech Republic. In the theoretical part, the denitrification process and the technology of denitrifying bioreactors are characterized. Furthermore, existing methodological documents dealing with their design are presented and the influence of design parameters on the performance of the bioreactor is described. In the practical part of the thesis, a denitrifying bioreactor is designed near the village of Němčice in the South Moravian Region. For this purpose, based on the already existing methodology of Hrich et al. (2018), an optimized methodology for the design of denitrifying bioreactor parameters was developed using the knowledge from the theoretical part. For a target flow rate of 17.4 l.s-1, a bioreactor with a 1:1 aspect ratio, a trapezoidal cross-section in both directions and a 422 m3 woodchip volume was designed. The bioreactor occupies 0,05 % of the drained area.

Keywords

denitrifikační bioreaktor, odstranění dusíku, zemědělský smyv, denitrifying bioreactor, nitrogen removal, agricultural runoff

Citation

NOVOTNÁ, K. Optimalizace návrhu provozního denitrifikačního bioreaktoru [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta stavební. 2024.

Language of document

cs

Study field

bez specializace

Comittee

Ing. David Fína (člen) doc. Ing. Roman Výleta, Ph.D. (předseda) doc. Ing. Daniel Marton, Ph.D. (místopředseda) doc. Ing. Jitka Malá, Ph.D. (člen) Ing. Veronika Sobotková, Ph.D. (člen)

Date of acceptance

2024-01-30

Defence

Studentka představila komisi téma a obsah svojí diplomové práce s názvem Optimalizace návrhu provozního denitrifikačního bioreaktoru. Cílem práce byla literární rešerše na vybrané téma. Studentka popsala princip denitrifikačních bioreaktorů. Dále navázala uvedením existujících dokumentů týkajících se denitrifikačních bioreaktorů a také návrhové parametry. V další části studentka představila návrh bioreaktoru v konkrétní lokalitě v k.ú. Němčice. Na základě výsledků z návrhů a rešeršní části byla aktualizována a optimalizována metodika CZ-1.2. Dotazy oponenta: 1.Proč byl vybrán japonský topol? Existují jiné dostupnější materiály v ČR? Na základě testů 8 druhů dřevin vyšla nejlépe topolová štěpka, je to rychle rostoucí dřevina a používá se k produkci levného palivového dříví. 2.Lze odhadnout výše investice na celou stavbu? Studentka uvedla přepočtené ceny na základě objemu potřebného materiálu. Ceny pracovníků a materiálu studentka vzala z MMR ČR a výsledná cena reaktoru činila 1 mil. Kč 3.Bylo by možné určit nějakou směrnou cenu? Zatím nelze stanovit, protože se vychází z množství odstraněného dusíku, které zatím nelze spočítat, jelikož se stanovuje až bude reaktor v provozu. V USA se uvažuje 20 USD kg/rok 4.Lze uvažovat o návratnosti investice z hlediska budoucího vlastníka reaktoru? Důvody k motivace vlastníků pozemků i jiných k širšímu uplatnění reaktorů? Stavba je prováděna za pomocí dotací, motivací je i výzkum s ohledem na pesticidy, eliminace difuzních zdrojů znečištění a nižší náklady odstraňování NO3- z pitné vody. Návratnost studentka nebyla schopna vyčíslit z důvodu komplexnosti problému. 5.Navržená revizní šachta s přepážkou je dostupný výrobek nebo upravený na míru? Studentka svislou přepážku v práci nepoužila. Šachta s přepážkou byla v obrázku referencující zahraniční postup. V práci je odvodnění reaktoru řešeno jinak než na uvedeném obrázku s šachtou s přepážkou. 6.Co určí konec životnosti náplně a co po jejím ukončení musí následovat? Je dána především ztrátou hydraulické vodivosti. Když k tomu dojde, je potřeba reaktor odvodnit, materiál vytěžit, znovu naplnit a uvést do provozu. Dotazy komise: Ot.: Náplň reaktoru je levný zdroj uhlíku, používá se i něco jiného než dřevěná štěpka? Od.: Z většiny se jedná o bázi dřeva, v některých matriálech používali třeba sklo, ale z dostupných zdrojů nebylo možno určit, zda je zde potřebné množství organického uhlíku. Ot.: Má ty dřeva a velikost štěpky vliv na efekt toho odbourávání? Od.: Ano, v zahraničních metodikách jsou uvedeny druhy dřeva, jež nejsou doporučeny. Topolová štěpka vyšla nejlépe v rámci vylouhování. Ot.: Splachy z polí jsou zatíženy pesticidy. Má typ štětky vliv na konkrétní lokality a splachy a složení odpadní vody? Od.: Ano, pesticidy se budou kontrolovat ve výzkumu ve spolupráci s VUMOP. Ot.: Existuje postup na rozjezd biorekatorů? Z hlediska zatížení a výluhů? Od.: Ano, z hlediska výluhů je jeden z návrhových parametrů bioreaktoru. Ot.: Jak reaguje reaktor, když dojde k zaplavení povrchovou vodou? Od.: Proto je tam navržena ta hrázka, aby se tam voda nedržela.

Result of defence

práce byla úspěšně obhájena

Document licence

Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení