26.4.2012
EU- Komunální odpadní vody (1991)
Kvalita vody
Článek 3 (1) „Členové (EU) mají povinnost zajistit, že sídla budou opatřena kanalizací - do.12. 2000 v sídlech větších než 15 000 EO - do 31.12. 2005 v sídlech od 2 000 – 15 000 EO pro sídla menší než 2 000 není dle tohoto předpisu žádný termín
Čištění odpadních vod
Sídla větší než 10 000 EO, které jsou v „citlivých oblastech“ (celá ČR) budou opatřena kanalizací a vodabude čištěna s dodatečným čištěním P a N do 31.12.1998. Vyjednáno přechodné období do r. 2010. Pokud je zřízení kanalizace nemožné, nebo by nemělo přínos, nebo s sebou nese vysokou finanční zátěž, je možnost individuálních systémů, které dosahují stejných výsledků vzhledem k životnímu prostředí – zásada nejlepší možné technologie
RNDr. Sylva Rödlová, Ph.D
Článek 12 „Vyčištěná OV má být dle možností znovu použita.“
Konečné datum pro uskutečnění čištění odpadních vod (Směrnice o čištění OV) termín plnění
Počet obyvatel
požadovaný typ čištění
citlivé oblasti
normální oblasti
méně citlivé oblasti (pobřežní)
Pitná a odpadní voda jsou v seznamu zboží s regulovanými cenami (zákon č. 526/1990 Sb. o cenách) Od r. 1994 nejsou ceny pro vodné a stočné dotovány ze státního rozpočtu.
10 - 15 tis.
15 - 150 tis.
nad 150 tis.
31.12.2005
do 2 tis.
31.12.2005 31.12.1998
2 - 10 tis.
31.12.1998
31.12.1998
odpovídající
sekundární *
dodatečné
dodatečné
dodatečné
31.12.2005
31.12.2005 31.12.2005
31.12.2000
31.12.2000
odpovídající
sekundární *
sekundární
sekundární
sekundární
31.12.2005
31.12.2005 31.12.2005
31.12.2000
31.12.2000
odpovídající
odpovídajíc primární či í sekundární
primární či sekundární
primární (vyjímečně) či sekundární
V ČR jsou 2 základní modely vlastnictví a provozování kanalizací a ČOV. Model provozní - vlastníci kanalizací (sdružení) a jejich partneři – provozní společnosti. Model smíšený – obec (společnost) je zároveň vlastníkem i provozovatelem. V r. 2004 – 1217 provozovatelů a 3569 vlastníků vodovodů a kanalizací pro veřejnou potřebu.
• V malých obcích často vznikají problémy s nečištěnými odpadními vodami – díky nedostatečným financím nelze sjednat nápravu a časté spoléhání na státní či projektovou grantovou pomoc vhodné řešení ještě oddaluje. • EU často dotace pozastavuje a má připomínky ke smlouvám mezi radnicemi a čistírenskými firmami. Jako odůvodnění neposkytnutí či nutnosti přepracování projektu jsou často uváděny příliš dlouhé a nepřehledné smlouvy, pro města a obce i nevýhodné. • EU se nechce finančně přispívat na výstavby čistíren soukromým firmám, které kanalizace a čistírny provozují. • Odstraňování nutrientů probíhá v méně než polovině čistíren. Společné odstranění dusíku i fosforu pak pouze na 20% čistíren. Kanalizační sítě a ČOV v ČR (1989-2008), ČSÚ 1989
1992
1995
1998
72,4
72,7
73,2
74,4
74,9
77,9
80,8
81,1
.
.
.
.
571
540
519
509
Čištěné odpadní vody bez srážkových (mil. m3)
628
641
581
566
545
510
498
485
Podíl čištěných odpadních vod (%)
71,5
77,8
89,5
91,3
95,5
94,4
95,8
95,3
.
.
.
.
1 122
2 006
2 065
2 037
Kanalizace pro veřejnou potřebu
2001
2004
2007
2008
Počet čistíren v ČR v r. 2008 (ČSÚ) Podíl obyvatel bydlících v domech napojených (%) Vypouštěné odpadní vody (mil. m3)
Počet ČOV Počet ČOV celkem
Celková kapacita ČOV (m3/ den)
mechanicko-biologických
mechanických
celkem
z toho: s dalším odstraňováním N
Počet ČOV
2 158 Celková kapacita ČOV (tis. m3/den)
.
.
.
.
3 969
3 865
3 834
3 832 673
50
2 108
P 496
N+P 35
429
3 876
1
26.4.2012
• U koncentrací polutantů u komunálních odpadních vod záleží na velikosti sídla, z kterého pochází a vybavenosti obyvatelstva. • Běžně se ale předpokládá, že charakteristika splaškových vod v ČR je následující: BSK5 – 400 mg/l, CHSKCr – 800 mg/l, NC – do 70 mg/l, PC – do 15 mg/l. • Průmyslové odpadní vody jsou svým složením velmi závislé na druhu provozu, ze kterého pochází a předpokládá se u nich, že budou čištěny separátně speciálními postupy, i když ne vždy je to podmínkou. U některých typů je kromě běžných polutantů nutno sledovat také toxicitu. • V českém povodí Labe se podíl plošných zdrojů na znečištění vody dusičnany a fosforem pohybuje mezi 70-80 %. Původ 80 % dusíku v nádrži Švihov přisuzují někteří autoři také plošným zdrojům. • Podíl plošných zdrojů navíc stále roste úměrně klesajícímu objemu zátěže z přímých bodových zdrojů. Podle různých autorů na původ zdrojů se však značně různí.
Průmyslové čištění odpadních vod 1. Vyrovnání množství a koncentrace, předčištění. 2. Separace nerozpuštěných látek I: sedimentace, hydrocyklon,filtrace, flotace, odstranění vzplývavých látek.
Znečišťující provozy a typy výrob v průmyslu mechanický průmysl - olejové emulze a oplachové vody slévárny hliníku - chladící vody a mazací směsi skládky odpadu - čištění průsakových vod
3. Koagulace, likvidace stabilizovaných emulzí.
galvanické pokovování - čištění a opětovné použití oplachových vod
4. Neutralizace, srážení.
fotografický průmysl - čištění vývojek, ustalovačů
5. Chemická oxidace a redukce odpadních vod.
povrchové úpravy - čištění odmašťovacích, mořících a omílacích vod, vody s obsahem barev
6. Elektrochemické postupy čištění odpadních vod. 7. Použití ionexů pro čištění odpadních vod. 8. Membránové separační postupy.
potravinářský průmysl - zvýšení koncentrace moštů a ovocných sťáv, čištění odpadních vod z konzerváren,masný, mléčný průmysl, kampaňové produkce chemický a farmaceutický průmysl -vody z čištění nádrží z chemické výroby
9. Adsorpce. 10. Extrakce, desorpce. 11. Termické postupy čištění odpadních vod.
letecký průmysl - čištění nemrznoucích roztoků vody s ropnými příměsemi vody s obsahem kovů – galvanovny, kožodělnictví, leptání skla
Dělení ČOV •Čistírny velké –nad 5 000 EO (ekvivalentních obyvatel) musí být postaveny do r. 2010 (přechodné období EU) •Čistírny malé – pod 5 000 EO, často pouze mechanické a biologické stupně, kořenové čistírny, zemní filtry, apod. •Čistírny komunální odpadní vody
Kanalizační systém Nutnost racionálního návrhu – velmi nákladné
Jednotná kanalizace Úspornější, větší rozměry, problematické rozkolísanost Dešťové zdrže Dešťové odlehčovací komory
•Čistírny průmyslových odpadních vod •Čistírny zvláštních odpadních vod (důlní, skládkové,…) Oddílná kanalizace •Centralizovaný systém (jednotná, oddílná kanalizace) •Decentralizovaný systém (žumpy, septiky, zemní filtry, domovní ČOV,…)
Dešťové vody (dešťové usazovacích nádrží) Splašková kanalizace – menší, gravitační, tlakové, podtlakové (tlakové stanice)
2
26.4.2012
ČISTÍRNY ODPADNÍCH VOD (ČOV) • snižují úživnost odpadních vod
Evropská města nad 150 tis. EO (z 15 „starších“ členů EU) rozdělená dle stupně čištění odpadní vody (situace 1.1. 2002)
•„zintenzivnění“ samočištění technologickými postupy Stejnými principy, dle kterých fungují sekundární stupně čištění OV v čistírnách, se prakticky řídí i samočištící procesy v tocích, nádržích či mokřadech. Postupným zachycováním a odstraňováním polutantů dochází k zlepšování kvality vody. Přírodní postupy jsou pouze pomalejší a odehrávají se na větší ploše.
1. Stupeň – mechanický – nerozpuštěné látky (shrabky), písek, plovoucí materiál, tuky apod. •2. Stupeň – biologický – biofilmy, provzdušňování kalu a intenzivní biochemické procesy,… •3. Stupeň – odčerpává z vody P a N = zamezuje následné eutrofizaci, biologicky (podoba rybníků, nádrží, mokřadů,…) či chemicky (srážení)
Čištění odpadních vod v Evropě •
V Německu, Rakousku, Švýcarsku, Nizozemí a Dánsku je připojená většina populace k terciárnímu čištění. V Irsku více než 30% obyvatelstva není připojena k ČOV a 40% obyvatelstva je připojeno pouze k primárnímu čištění. Belgie zaznamenala velké zlepšení na poli čištění odpadních vod, v době poslední velké evidence (v r. 1998) však 60% jejích obyvatel nebylo připojeno k čistírně
•
Změny v čištění vody v regionech Evropy v letech 1990-2005, počty zemí v závorkách. (zdroj: EEAETC/WTR)
Změny v čištění vody v zemích jižní Evropy v letech 1980-2005, (zdroj: EEA-ETC/WTR).
Podle posledních hodnotících výsledků z r. 2007 se z 571 evropských měst, větších než 150 tis. obyvatel, čistila odpadní voda dle platných směrnic pouze ve 349 městech. 17 z těchto měst nedisponovalo žádnou ČOV (např. Brusel, Milán, Barcelona, Brighton, Bukurešť). Tato města představovala v r. 2000 55% znečištění organickými látkami z odpadních vod v Evropě.
Změny v čištění vody v regionech Evropy mezi 1980 a 2000 Obyvatelstvo připojené k ČOV (v %)
Změny v čištění vody v zemích střední Evropy v letech 1980-2005, (zdroj: EEA-ETC/WTR).
3
26.4.2012
Technologie v ČOV • • • •
Česle – mechanické, automaticky stírané,… Lapáky písku – žlabové, rotační,… Lapáky tuků a olejů Primární usazovací nádrže – dekantéry (přerušovaný
Česle hrubé a jemné
průtok), průtokové nádrže, štěrbinové nádrže, primární kal
• Aktivační nádrže (aerace, aktivní kal) • Biologické filtry • Dosazovací nádrž (zachycení přebytečného kalu, vratný kal zpět do aktivace, kuželovitý tvar, průtok zdola nahoru)
• Biologicky - Stabilizační nádrže (rybníky), mokřady, zemní filtrace, drenážní podmok
• Chemické srážení • Kalové hospodářství – stabilizace, odvodnění, hygienizace – zahušťovací a vyhnívací nádrže – kalové pole, plynojemy
2. Stupeň čištění (biologický, mechanickobiologický) • Odstraňuje z vody většinu organických látek a část nutrientů. • Je charakterizován aerobním či anaerobním prostředím. Pro optimální odstraňování látek platí několik zásad – např. doba zdržení vody či poměr mezi jednotlivými živinami. • Procento odstranění látek z odpadních vod samozřejmě závisí na použité technologii čištění, na koncentracích látek v přitékající odpadní vodě i na obsluze čistírny, která může některé automatické kroky modifikovat pro lepší výkony.
Nitrifikace a denitrifikace •
• • • • •
Nitrifikace – oxidace dusíkatých látek činností nitrifikačních bakterií na dusitany (např. bakterie r. Nitrosocystis, Nitrosomonas nebo Nitrosospira) a následně na dusičnany (r. Nitrobacter). Proces je aerobní, a proto je třeba nitrifikační nádrž neustále provzdušňovat (jemnobublinková areace). Celý proces shrnují rovnice: nitritace: NH3 + O2 → NO2− + 3H+ + 2e− + 275 kJ energie nitratace: NO2− + H2O → NO3− + 2H+ + 2e− + 76kJ energie Při nitrifikaci klesá pH, jsou dávkovány soli (Fe a Al) pro srážení nerozpustných fosforečnanů. Denitrifikace – redukce dusičnanů na elementární dusík pomocí denitrifikačních bakterií (Pseudomonas, Paracoccus denitrificans). Anaerobní proces shrnuje rovnice (CxHyOz je schéma org. látky) CxHyOz + NO3- → CO2 + H2O + N2 + OH
Běžné odstraňování OV
3. Stupeň čištění • Významně snižuje i zbylé organické látky měřené pomocí BSK5 (až 8x). • Může eliminovat až 90% dusíku a přibližně stejné množství nitrifikačních bakterií, které se uvolňují z 2. stupně čištění a v případě jejich úniku do recipientu mohou způsobit vážné snížení rozpuštěného kyslíku. Právě tyto rychle rostoucí velké bakterie představují 70% biomasy na odtoku z ČOV. • Při vhodném poměru mezi jednotlivými živinami (doporučený poměr C:N:P je odhadován na 40:10:1) dochází k odbourání dusičnanů až 100%, nevýhodou je ale až 5 týdenní doba zdržení, při 3 týdnech je pak odstranění na úrovni 40 – 60 %. • Pro odstranění fosforu ve vodní nádrži se v našich podmínkách považuje vhodná doba zdržení na 35 dní. Protože odbourávání zajišťuje fytoplankton, je důležitým kritériem i výška eufotické vrstvy – tedy většinou 0,5 – 1,5 m.
Kanalizace
Komunální ČOV (2.500 EO)
Městská ČOV (80.000 EO)
Čištění kanallizace
4
26.4.2012
Aktivace
ČOV s oxidačním příkopem
Balená čistírna Oxidační příkop Kombiblok – aerace, dosazováky zvlášť Monoblok – přerušovaný provoz, jedna nádrž, SBR (Sequencing Batch Reactor) – jemnobublinné provzdušnění
ČOV s kombiblokem ČOV s přerušovaným provozem dvounádržová
ČOV se štěrbinovou nádrží a biologickým filtrem
ČOV s biodisky a štěrbinovou nádrží
5
26.4.2012
Několik možností nakládání s kaly
Účinky mechanicko-biologických čistíren
objekty jemné česle septik prostá sedimentace biodisková jednotka biologický filtr – rychlofilm aktivace úplná aktivace dlouhodobá biologické nádrže dočišťovací zima léto zemní filtr drenážní podmok
Snížení některých vybraných ukazatelů v ČOV ukazatel BSK5 PC
snížení o % (včetně 3. stupně). 80-98 až o 50
PO4
60-95
NC
až o 50
NO3
25-50
NH4
20-40
NL
90-98
Někteří autoři však pro NH4 určují v 2. stupni až 75% odstranění, pro nutrienty naopak jen 20 – 30%.
• • • • • • • •
•
Legislativa v ČR platná pro malé vegetační ČOV
Nerozpuštěné látky snížení v % 5 – 10 15 – 30 50 23 – 30 30 – 60 60 – 85 65 – 90 60 – 80 65 – 90 80 – 90 85 – 90 80 – 95 90 BSK5
65 – 70 80 – 90 90 – 95 95 - 99
90 90 85 – 95 95 - 99
Malé ČOV žumpy Septiky „ořechový záchod“ Problémy menšího měřítka (teplota, toxicita, nepravidelný průtok, zatížení – drtiče,.....) štěrbinové nádrže biofiltry rotační biofilmové reaktory čištění v půdním prostředí (podmok, přeron, rozstřik, umělé mokřady, kořenové ČOV) Vegetační čistírny
Domovní mechanicko-biologická čistírna Herva
•Zákon č. 254/2001 Sb., o vodách a změně některých zákonů spolu s prováděcími předpisy (soubor vyhlášek MZe a MŽp) a zákon č.274/2001 Sb., o vodovodech a kanalizacích pro veřejnou potřebu a o změně některých zákonů a prováděcí právní předpis k tomuto zákonu to je vyhláška MZe č. 428/2001 Sb. Od roku 1994 mají atest Hlavního hygienika ČR reg. č. HEM 3246/5. 12. 1994 a již od roku 1993 neplatí povinnost vybírat způsob čištění odpadních vod u malých zdrojů znečištění z omezeného seznamu typových čistících zařízení. V případě budování bezodtokových systémů odpadních vod a kalů na vlastním pozemku by nemuselo být potřebné schválení vodohospodářským orgánem, pouze doložení dostatečné izolace, aby nedocházelo k únikům do podloží.
6
26.4.2012
Kořenová odtoková ČOV – horizontální a vertikální filtr Nedořešenými problémy týkající se čištění městských odpadních vod je jednotný splaškový systém pro odpadní vody a dešťové vody. Déšť je rychle odváděn z povrchu, kde není doceněn jeho zvlhčující a ochlazující potenciál. Studené dešťové vody navíc ředí a ochlazují vody odpadní a při nárazových prudkých deštích může docházet u špatných přetokových stok nejen ke strhávání odpadní vody do recipientu a tím k jeho znečišťování ale také k vyplavování čistírny. Tento problém lze ale vyřešit pouze oddílným stokovým systémem, což je velmi nákladné a ve velkém měřítku díky nedostatku financí téměř neproveditelné. Bayerisches Landesamt für Umweltschutz 2002
Bezodtoká čistírna u rekreačního objektu
Ukázka stabilizační nádrže u horského penzionu
1. tříkomorový septik 2. rozdělovací objekt 3. umělý mokřad osázený vhodnými bažinnými rostlinami 4. kontrolní odtoková šachta 5. dočišťovací okrasný rybníček 6. odpařovací zavlažovaná plocha s porostem stromů a keřů kompost nebo plocha na odvodňování kalů rostlinami
-Výška 1633 m.n.m -pro až 100 EO -3 komorový septik (70 m3) -Zemní filtr s rostlinami (40 m2) -Totes Gebirge
Čištění okřehkem (Lemna-System) -v kombinaci s tradiční ČOV - Energie ze Slunce (snížení účinnosti o 40% v zimním období) - malé množství kalu - periodická sklizeň vodních rostlin, které mohou být použity jako hnojivo, potrava pro hospodářská zvířata, do kompostů či pro výrobu bioplynu
ČOV s okřehkem v Chicagu
7
26.4.2012
Nosné prvky pro plovoucí ostrovy Důl Restsee Dreiweibern (GRZESIAK & GÜNTHER 2002)
Plovoucí ostrovy Rostliny s aerenchymem mohou tvořit přirozené plovoucí ostrovy (např. Schoenoplectus lacustris - sítina).
ostrov vytvořený dřevěnými kládami
Použití nosných materiálů - Rostliny prorostou nosný materiál - Kořeny filtrují vodu a odebírají živiny - Vzniklý stín na hladině zmenšuje růst řas - Životní prostor pro organismy
plovoucí vor
Materiál a stavba plovoucích ostrovů
plovoucí gabion
plovoucí matrace s rákosem
Materiál pro plovoucí ostrovy - Repotex
Repotexová matrace
Universální matrace používaná pro samostatně plovoucí rostliny (REPOTEX U) Samoplovoucí ostrov – z proutí a rákosu
Matrace se zabudovaným plovoucím tělesem (REPOTEX I)
Samoplovoucí ostrov (a: plovoucí prstenec, b: nosná matrace na rostliny, c: vrbové pruty)
HUCK (2005)
Osazování plovoucích ostrovů
Plovoucí ostrovy z Repotexu
správné usazení předem připravených rostlin
pásy matrací je možno spojovat
nově osázená matrace ČOV Lahestedt Německo (Expo-2000 Projekt)
matrace prorostlá kořeny rostlin DÖRRIES & ZENS (2003)
Matrace asi za 8 týdnů
8
26.4.2012
plovoucí ostrovy mohou být místem výtěru některých ryb
jezero Tega Japonsko Michiko Takagaki a tým Systém odstranění živin díky pěstování zeleniny v eutrofizovaných vodách jezera Tega Kultivační systém na jezeře Tega
- Voda: vysoké koncentrace BSK5, CHSK, N a P - Použité rostliny: vodní špenát (Ipomoea aquatica Forsk.) - Nosný materiál: vory se sítěmi nebo plovoucí foliovníky - Sklízení: Automatický systém na kolejích ve vegetaci hledají živočichové úkryt a potravu
- vysoká produktivita, možné zvýšit použitím foliovníků - účinné čištění vody díky jednoduchému systému příkopů a vodních pump
KLAN Koi Magazin 3/99
Čištění vody a produkce zeleniny, jezero Tega
Akvakultura jako chladící systém
Izolace bránící prokořenění a na ní položená prokořeněná „matrace“ (Exkursion 1995)
systém sklízení
Detail
• díky transpiraci vody může být zbytková (vhodná odpadní) voda (budova) ochlazena o 5 -10°C (16°C) a poté vrácena do oběhu • vypaření 1l vody = 550 Kcal (ohřev 1l vody z 15 na 16°C = 1Kcal) • chladící výkon ca. 0,1 KWh x m2 (1 Kcal = 4.168 KJ = 1,163 x 10-3 KWh) • úspora asi 6 000 € /rok při ceně1 KWh ca. 0,2 €
Visící zahrady - ozelenění fasády, chlazení a odbourání jemného prachu • bezsubstrátové ozelenění pomocí nosné „matrace“ • nutná fólie chránící fasádu před vlhkostí a kořeny
Quelle: Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V. (2004)
9
