MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE
BRNO 2012
BEDRNÍČKOVÁ GABRIELA
Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky
Vyhodnocení provozu čistírny odpadních vod Bakalářská práce
Vedoucí práce:
Vypracovala:
Ing. Tomáš Vítěz Ph.D.
Bedrníčková Gabriela
BRNO 2012
PROHLÁŠENÍ: Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma: Vyhodnocení provozu čistírny odpadních vod vypracovala samostatně a použila jen zdrojů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Byla jsem seznámena s tím, že se na moji práci vztahují práva a povinnosti vyplívající ze zákona č. 121/2000 Sb., autorský zákon. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana Agronomické fakulty MENDELU.
Dne ………………………………….. Podpis ………………………………..
PODĚKOVÁNÍ: Tímto bych chtěla poděkovat panu Ing. Tomášovi Vítězovi Ph.D. za cenné rady a čas, který mi věnoval při vedení mé práce. Dále bych ráda poděkovala panu Vratislavovi Propílkovi, vedoucímu ČOV Havlíčkův Brod za vstřícné jednání a v neposlední řadě i panu Petru Krejčímu, který mi podrobně popsal provoz ČOV.
Abstrakt: Čistírna odpadních vod je zařízení, ve kterém dochází k úpravě odpadní vody z různých provozů (zemědělských, průmyslových, aj.) a především odpadních vod komunálních. Čištění odpadních vod je proces odstraňování znečišťujících mechanických, biologických a chemických látek, tak aby se dále mohly vypouštět ekologicky bezpečné vyčištěné odpadní vody do přilehlých toků. Při čištění odpadních vod vznikají jako vedlejší produkt čistírenské kaly, které jsou dále upravovány tak, aby byly vhodné k dalšímu využití (obvykle jako zemědělské hnojivo). Čistírny odpadních vod se rozdělují hlavně podle velikosti a typu čistírenského procesu. Nejčastějším typem používaných čistíren odpadních vod v České republice je mechanicko-biologická čistírna odpadních vod.
Klíčová slova: Čistírna odpadních vod, odpadní voda, průmyslové odpadní vody, komunální odpadní vody, kanalizace, čistírenské kaly, mechanické čištění odpadních vod, biologické čištění odpadních vod.
Abstract: Wastewater treatment plants are facilities that process wastewater coming from various operations (e.g. agricultural, industrial) and especially communal wastewater. Wastewater treatment is a process designed to remove mechanical, biologic and chemical pollutants, to produce an environmentally safe treated wastewater and discharge it downstream. A wastewater treatment by-product, sewage sludge is further treated to be suitable for other applications (normally as fertilizers). Wastewater treatment plants divide based on capacity and type of operation. The most frequently found type of wastewater treatment plants in the Czech Republic are mechanical/biologic wastewater treatment plants.
Keywords: Wastewater treatment plant, wastewater, industrial wastewater, communal wastewater, sewerage, sewage sludge, mechanical wastewater treatment, biologic wastewater treatment.
OBSAH: 1.
ÚVOD ....................................................................................................................... 8
2.
CÍL PRÁCE .............................................................................................................. 9
3.
POUŽITÁ TERMINOLOGIE .................................................................................. 9
4.
LEGISLATIVA PRO PROVOZ ČISTÍRNY ODPADNÍCH VOD ....................... 12
5.
VÝZNAM A POPIS TECHNOLOGIÍ ČISTÍRNY ODPADNÍCH VOD ............. 15 5.1
Výstavba ČOV v Havlíčkově Brodě ............................................................... 15
5.2
Význam ČOV pro město Havlíčkův Brod ...................................................... 16
5.3
Popis jednotlivých objektů čistírny odpadních vod ........................................ 17
5.3.1
Objekty mechanického stupně čištění odpadních vod ............................ 17
5.3.2
Objekty biologického stupně čištění odpadních vod .............................. 20
5.3.3
Objekty kalového hospodářství na ČOV ................................................ 23
5.3.4
Objekty plynového hospodářství na ČOV .............................................. 25
5.4 6.
Technologický popis procesu čištění odpadních vod v HB ............................ 27
ÚČINNOST PROCESU ČIŠTĚNÍ NA ČOV V HB .............................................. 31 6.1
Četnost sledování ............................................................................................ 31
6.2
Odběr a příprava vzorku ................................................................................. 32
6.3
Emisní standardy ukazatelů přípustného znečištění odpadních vod ............... 32
6.4
Hodnoty naměřené na čistírně odpadních vod v Havlíčkově Brodě .............. 34
6.5
Porovnání účinnosti procesu čištění s platnou legislativou a vyhodnocení .... 36
7.
NÁVRH PRAKTICKY UPLATNITELNÝCH DOPORUČENÍ ........................... 37
8.
ZÁVĚR ................................................................................................................... 38
9.
INTERNETOVÉ ZDROJE ..................................................................................... 40
10. LITERÁRNÍ ZDROJE ........................................................................................... 40 11. JINÉ TIŠTĚNÉ ZDROJE ....................................................................................... 40 12. SEZNAM OBRÁZKŮ............................................................................................ 41 13. SEZNAM TABULEK ............................................................................................ 41
1. ÚVOD Problematika odpadních vod se lidstva dotýká již od dávné historie. Na území Českých zemí jsou první zmínky o odvádění odpadu zachyceny z doby raného středověku. K odvádění fekálních odpadů na hradech sloužily suché záchody, tzv. prevéty, které jsou jedním z nejstarších kanalizačních útvarů u nás. Tyto suché záchody byly umístěny tak, že z nich fekálie vypadávaly přímo na hradby. [9] Splašková kanalizace neexistovala. Po ulicích vedly otevřené rigoly, do kterých se vylévalo vše, co mělo tekutou konzistenci. Tento primitivní způsob odvádění tekutých odpadů byl původcem nejen nesnesitelného zápachu, který se šířil zejména v letních měsících městem, ale i zárodkem častých epidemií jako mor a cholera, které se vždy neblaze podepsaly na úbytku počtu obyvatelstva. To bylo hlavní příčinou výstavby uzavřené kanalizace, zpočátku mělké, později hlubší a budovaných z klasických zdících materiálů (cihla, kámen). Tyto kanalizace obvykle končily v blízkých vodotečích nebo rybnících. Technická vybavenost konce 19. století na území Království českého vystihovala strukturu osídlení. Kanalizace byly budovány jen pro měšťanské domy, stoky byly zděné, větší profily měly vejčitý nebo oválný tvar. Při vzniku republiky se spustil velký rozvoj vodovodů a kanalizací, které byly předpokladem pro další růst obcí a měst. Největší rozvoj byl na počátku třicátých let minulého století. Bohužel hospodářská krize jej zastavila. K dalšímu rozvoji dochází až po válce. [1] V posledních letech došlo k převratným změnám na politickém i ekonomickém poli, které vedly ke změně v náhledu na potřeby životního prostředí a jeho ochrany. Jednou z nejvýznamnějších oblastí, do které se tato nutnost promítla, je právě oblast čištění odpadních vod. V minulosti používané technologie čištění odpadních vod se v drtivé míře zakládaly na prostém snížení organických a nerozpustných látek z odpadních vod před jejich vypuštěním do recipientu, a to bez ohledu na množství a koncentraci dalších ukazatelů znečištění. Potřeba ochrany životního prostředí spojená s ekonomickými a legislativními
tlaky
položila
základ
nutnosti
aplikace
takových
moderních
technologických procesů, které jsou schopny dosahovat zvýšené nároky na kvalitu vyčištěných odpadních vod. Během posledních deseti let byly po technologické a
8
koncepční stránce realizovány projekty, které snesou srovnání s projekty podobného druhu v ekonomicky vyspělých zemích. [8]
2. CÍL PRÁCE Cílem této práce je:
popsat provoz mechanicko-biologické čistírny odpadních vod
vyhodnotit účinnost procesu čištění a porovnat hodnoty se současně platnou legislativou
navrhnout prakticky uplatnitelná doporučení
3. POUŽITÁ TERMINOLOGIE Pro další studii je zapotřebí shrnutí a dobrá orientace v základních pojmech pro toto téma. Čistírna odpadních vod (ČOV): Zařízení, ve kterém dochází k úpravě odpadních vod. Čištění odpadních vod: Proces zlepšování kvality odpadní vody. Intenzivně probíhá na čistírnách odpadních vod, mnohem pomaleji i samovolně v přírodě během procesu samočištění. Odpadní voda: Odpadní voda, je voda, jejíž kvalita byla zhoršena lidskou činností. Jsou to vody použité v obytných, průmyslových, zemědělských, zdravotnických a jiných stavbách, zařízeních nebo dopravních prostředcích, pokud mají po použití změněnou jakost (složení nebo teplotu), jakož i jiné vody z nich odtékající, pokud mohou ohrozit jakost povrchových nebo podzemních vod. Odpadní vody jsou i průsakové vody z odkališť, s výjimkou vod, které jsou zpětně využívány pro vlastní potřebu organizace a vod, které odtékají do vod důlních, a dále jsou odpadními vodami průsakové vody ze skládek odpadu.
9
Druhy odpadních vod: Komunální (splašková) odpadní voda vzniká každodenní lidskou činností - pochází z domácností, škol, úřadů, od živnostníků a podobně. Splašky mají přibližně stejné složení. Kromě splašků obsahuje v případě jednotné kanalizace i oplachové vody (vodu z mytí ulic) a dešťovou vodu ze srážek. Zpracovává se na městských čistírnách odpadních vod (ČOV). Množství splaškové vody se stanovuje hodnotou specifického množství splaškových odpadních vod (qspec.), množství na 1 obyvatele za den. Hodnota se pohybuje mezi 80 - 200 litrů za den, v praxi se počítá s hodnotou 150 litrů za den, která v sobě zahrnuje i rezervu. Průmyslová odpadní voda vzniká v průmyslových podnicích. Míra a charakter znečištění vody záleží na druhu průmyslu, ale i použité technologii výroby. Průmysl produkuje odpadní vody jednak z technologických vod (což je voda přímo použitá ve výrobě) a jednak z chladicích vod (což je voda používaná na chlazení zařízení, ta bývá znečištěná „pouze“ tepelně). Průmyslová odpadní voda se předčišťuje přímo v podniku a následně je vypouštěna do kanalizace. Vypouštěné odpadní vody musí splňovat míru znečištění, kterou jsou schopny komunální čistírny odpadních vod dále zpracovat.
Kanalizace: Neboli stoková síť je soustava trubních rozvodů a dalších zařízení sloužících k odvádění odpadních vod z jednotlivých nemovitostí a z veřejného prostranství do městské čistírny odpadních vod, případně přímo do recipientu. Znečišťující látky: Charakter znečišťujících látek silně ovlivňuje další nakládání s odpadní vodou. Látky mohou být rozpuštěné, nebo nerozpuštěné. Rozpuštěné organické látky mohou být biologicky rozložitelné - například monosacharidy, nebo biologicky nerozložitelné například azobarviva. V odpadních vodách se vyskytují i rozpuštěné anorganické látky například anorganické soli. Nerozpuštěné organické látky mohou být biologicky rozložitelné - například škrob nebo bakterie, nebo biologicky nerozložitelné - například většina plastů. Také se dají dělit na usaditelné a neusaditelné. Anorganické nerozpuštěné látky jsou usaditelné - například písek, nebo neusaditelné - obvykle různé koloidní částice, například hydratované oxidy železa. [10]
10
Aktivace: Biologické čištění odpadních vod oživeným kalem v nádrži za umělého provzdušování. Jde o převedení do činného stavu, dílčí děj nezbytný k tomu, aby v dané soustavě mohl probíhat proces, který by jinak probíhal v malé míře, nebo neprobíhal vůbec. Čistírenský kal: Vzniká jako vedlejší produkt při procesu čištění odpadních vod. Jedná se o látky těžší než voda vyloučené při čištění vody. Rozděluje se na kal primární (kal z usazovacích nádrží) a na kal sekundární (aktivovaný kal z aktivačních nádrží). Účinnost čištění: Poměr úbytku koncentrace znečišťující látky, dosažený čištěním, ke koncentraci dané látky před čištěním, vyjadřuje se v procentech.
11
4. LEGISLATIVA PRO PROVOZ ČISTÍRNY ODPADNÍCH VOD Při procesu čištění se odpadní vody zpracovávají na úroveň kvality přírodních povrchových vod. Z odpadních vod se odstraňují suspendované a organické látky, bakterie a jiné organismy a nutriční prvky (dusík, fosfor). Způsob čištění se volí podle typu odpadních vod a podle nároků na jakost vyčištěné vody. Požadavky na složení vypouštěných odpadních vod do vod povrchových definuje nařízení vlády České republiky č. 82/1999 Sb. Poplatky za vypouštění odpadních vod do vod povrchových se stanovují na základě zákona č. 58/1998 Sb. a vyhlášky č. 293/2002 Sb. (dříve 47/1999 Sb). Z těchto dokumentů vyplývají nejen hodnoty maximálních povolených koncentrací vybraných látek, ale i četnost a způsob vzorkování. V rámci Evropské unie byla přijata směrnice Rady ES z 21. 5. 1991 č. 91/271/EEC, která uložila svým členům identifikovat tzv. citlivé oblasti, ve kterých odtoky z čistíren o kapacitě nad 10000 ekvivalentních obyvatel (EO) musí po 1. 1. 1999 splňovat přísná kritéria pro fosfor a dusík. Pro celkový dusík je to průměrná roční hodnota 15 mg/l a pro fosfor 2 mg/l, při kapacitě ČOV v EO 10000 – 100000. [2] Zákon č. 254/2001 Sb., o vodách a o změně některých zákonů Účelem tohoto zákona je chránit povrchové a podzemní vody, stanovit podmínky pro hospodárné využívání vodních zdrojů a pro zachování i zlepšení jakosti povrchových i podzemních vod, vytvořit podmínky pro snižování nepříznivých účinků povodní a sucha a zajistit bezpečnost vodních děl. Zákon č. 185/2001 Sb., o odpadech ve znění pozdějších předpisů. Pro čistírnu odpadních vod se tento zákon vztahuje především při nakládání se vzniklým kalem, shrabků, vytěženého písku a štěrku. Čistírenské kaly jsou zařazovány do kategorie ostatních odpadů („O“) pod katalogové číslo 19 08 05. Podle zákona se čistírenské kaly nesmí používat na: - Zemědělské půdě, která je součástí chráněných území přírody a krajiny. - Na lesních porostních půdách běžně využívaných klasickou lesní pěstební činností. - V pásmu ochrany vodních zdrojů, na zamokřených a zaplavovaných půdách. - Na trvalých travních porostech a travních porostech na orné půdě v průběhu vegetačního období až do poslední seče. - V intenzivně plodících ovocných výsadbách. - Na pozemcích využívaných k pěstování polních zelenin v roce jejich pěstování a v roce předcházejícím. 12
- V průběhu vegetace při pěstování pícnin, kukuřice a při pěstování cukrové řepy využitím chrástu ke krmení. - Jestliže z půdních rozborů vyplyne, že obsah vybraných rizikových látek v průměrném vzorku překračuje jednu z hodnot stanovených v prováděcím právním předpisu. - Na půdách s hodnotou výměnné půdní reakce nižší než pH 5,6. - Na plochách, které jsou využívány k rekreaci, sportu a veřejně přístupných prostranství. - Jestliže kaly nesplňují mikrobiologická kritéria daná prováděcím právním předpisem. Zákon č. 274/2001 Sb., o vodovodech a kanalizacích pro veřejnou potřebu a o změně některých zákonů. 293/2002 Sb. Vyhláška Ministerstva životního prostředí o poplatcích za vypouštění odpadních vod do vod povrchových. 382/2001 Sb. Vyhláška o podmínkách použití kalů na zemědělské půdě. Upravené kaly lze na zemědělské půdě používat za zákonem stanovených podmínek: Nejpozději do 48 hodin od umístění kalů na zemědělskou půdu musí být kaly zapraveny do půdy. Nesmí se použít více než 5 tun sušiny kalů na jeden hektar v průběhu 3 po sobě následujících let. Toto množství může být zvýšeno až na 10 tun sušiny kalů v průběhu 5 po sobě následujících let, pokud použité kaly obsahují méně než polovinu limitního množství každé ze sledovaných rizikových látek a prvků. Přesné stanovení dávky sušiny se vypočte ze zjištěného obsahu dusíku. Dávka dusíku dodaného v kalech nesmí překročit 70 % celkového potřebného množství dusíku pro hnojenou plodinu. Dávka kalů (množství a doba užití) se řídí i požadavkem rostlin na živiny s přihlédnutím k přístupným živinám a organické složce v půdě, jakož i ke stanovištním podmínkám. Dávka kalu stanovená podle podmínek uvedených v odstavci b) je na pozemek aplikována v jedné agrotechnické operaci a v jednom souvislém časovém období za příznivých fyzikálních a vlhkostních podmínek. Minimální obsah sušiny kalu pro tlakové zapravení do půdy radlicovými aplikátory je 5 %, minimální obsah sušiny kalu pro aplikaci mechanickými rozmetadly organických hnojiv je 18 %. V půdě, na které mohou být použity kaly, nesmějí být překročeny mezní hodnoty koncentrace vybraných rizikových látek uvedených v příloze č. 2. k této vyhlášce. Kaly musí splňovat mikrobiologická kritéria stanovené touto vyhláškou, uvedené v příloze č. 4. Sledují se hodnoty tří mikroorganismů: termotolerantní 13
koliformní
bakterie, enterokoky a Salmonella pouze v první kategorii kalů použitých na půdy využívané v zemědělství při dodržení ostatních ustanovení této vyhlášky. Nařízení vlády č. 61/2003 Sb., o ukazatelích a hodnotách přípustného znečištění povrchových vod a odpadních, náležitosti povolení k vpouštění odpadních vod do vod povrchových a do kanalizací a o citlivých oblastech, ve znění pozdějších předpisů. Uvádí emisní standardy, které jsou stanoveny v příloze č. 1 k nařízení pro vypouštěné odpadní vody „p“ a „m“, na jejichž základě vodoprávní úřad stanoví emisní limity. Emisní standard „p“ – přípustná koncentrace, která může být překročena v povolené hodnotě dle přílohy č. 5. Emisní standard „m“ – maximální koncentrace, která je nepřekročitelná. Emisní limity - nejvýše přípustné hodnoty ukazatelů znečištění odpadních vod, které stanoví vodoprávní úřad k povolení k vypouštění odpadních vod do vod povrchových. Imisní standardy - nejvýše přípustné hodnoty ukazatelů přípustného znečištění povrchových vod v jednotkách hmotnosti, radioaktivity nebo bakteriálního znečištění na jednotku objemu, které jsou stanoveny v příloze č. 3 k nařízení.[4] Nařízení vlády č. 416/2010 Sb., o ukazatelích a hodnotách přípustného znečištění odpadních vod a náležitostech povolení k vypouštění odpadních vod do vod podzemních.
14
5. VÝZNAM A POPIS TECHNOLOGIÍ ČISTÍRNY ODPADNÍCH VOD Pro svou práci jsem si vybrala čistírnu odpadních vod v Havlíčkově Brodě (HB). Toto město leží v kraji Vysočina s počtem obyvatel přibližně 25 000. Čistírna odpadních vod se nachází v městské části Perknov na ostrůvku mezi řekou Sázavou a náhonem pro bývalý mlýn. Její rozloha činí 60 000 m2. Je to největší moderní čistírna na horním toku řeky Sázavy. Byla vybudována pro 100 000 ekvivalentních obyvatel (EO). Odpadní vody jsou na čistírnu odpadních vod přiváděny gravitačně (samospádem).
5.1 Výstavba ČOV v Havlíčkově Brodě V letech 1980 – 1985 byl vypracován projekt, v roce 1985 byla zahájena výstavba (obr.1). V roce 1990 byl zahájen zkušební provoz a od roku 1991 je čistírna odpadních vod uvedena do trvalého provozu. Náklady na výstavbu činily 233 mil. Kč. V roce 2001 proběhla modernizace a intenzifikace celé čistírny odpadních vod a do provozu byla spuštěna i kogenerační jednotka TEDOM, která dokáže ze vzniklého bioplynu vyrábět až 140 kW elektrické energie a 200 kW energie tepelné. V roce 2006 byl zahájen provoz i druhé kogenerační jednotky TEDOM, která vyrábí 160 kW elektrické energie a 220 kW energie tepelné.
Obrázek č. 1 - výstavba ČOV 15
5.2 Význam ČOV pro město Havlíčkův Brod Čistírna odpadních vod má klíčový význam pro funkční chod podniků v Havlíčkově Brodě, zejména škrobáren (Amylon, Naturamyl), Pleasu a.s. a pivovaru. Provoz čistírny odpadních vod zpracovává denně přes 10 000 m3 odpadní vody (kam patří veškeré průmyslové a splaškové vody z Havlíčkova Brodu a okolí). Naturamyl Pohledští Dvořáci: Z těchto škrobáren jsou odpadní vody čerpány čerpací stanicí, která je umístěna v areálu škrobárny, výtlačným řádem do průmyslového sběrače. Tento kanalizační sběrač je umístěn 5 km od čistírny a je tak nejvzdálenějším sběračem ČOV HB. Jedná se o vody plavící, prací, hlízové a technologické, které jsou předčištěny na předčisticím zařízení škrobárny. Tyto předčištěné odpadní vody musí být čerpány rovnoměrně po celých 24 hodin v maximálním denním množství 200 m3 a organické znečištění za den nesmí přesáhnout 4000 kg. Amylon Havlíčkův Brod: Ze škrobáren Amylon jsou na čistírnu převedeny odpadní vody průmyslovým sběračem a to celoročně. Jedná se o odpadní vody z pšeničné škrobárny, z výroby sirupu a lepidel. Vypouštění musí být rovnoměrné. Denní množství nepřesáhne 300 m3 a organické znečištění za den nesmí přesáhnout hodnotu 1500 kg. Měšťanský pivovar Havlíčkův Brod: Z pivovaru jsou odpadní vody svedeny přípojkou do průmyslového sběrače v maximálním denním množství 100 m3 a organické znečištění nepřesahuje 150 kg během jednoho dne. Do kanalizace se nesmí vypouštět kvasnice a mláto. Pleas a.s. Havlíčkův Brod: Firma Pleas a.s. se zabývá textilní výrobou a barvením textilií. Její průmyslové odpadní vody jsou svedeny samostatnou kanalizační přípojkou do průmyslové kanalizace. Denní množství odpadních vod nepřesahuje 1000 m3. Podnik má vlastní vyrovnávací nádrž, ve které jsou tyto vody homogenizovány a vypouštějí se rovnoměrně po celých 24 hodin.
16
5.3 Popis jednotlivých objektů čistírny odpadních vod Proces čištění odpadních vod lze rozdělit do dvou částí, prvním stupněm je mechanické předčištění a druhou fází je biologický stupeň čištění. Dále je zapotřebí objektů, ve kterých se zpracovává čistírenský kal a objekty plynového hospodářství pro zpracování vzniklého bioplynu.
5.3.1 Objekty mechanického stupně čištění odpadních vod Dva sběrače – na čistírnu odpadních vod jsou vody svedeny gravitačně pomocí dvou sběračů. Jedním jsou přivedeny odpadní vody komunální (splaškové) a druhým odpadní vody z průmyslové výroby (průmyslové odpadní vody). Hrubé česle - Hrubé předčištění na česlích je prvním stupněm čištění vod. Tento proces slouží k zachycování plovoucích a vodou unášených nečistot. Hrubé předčištění zabraňuje proniknutí větších nečistot, které by mohly poškodit navazující technologii. Lapák štěrku - na přítoku komunálních odpadních vod zachycuje škváru a hrubý písek. Štěrk je podle potřeby pomocí drapáku vytěžen a nakládán na přistavený kontejner. Vstupní šneková čerpací stanice (obr.2) – splaškových, průmyslových a odpadních vod. Nachází se zde tři šnekové čerpací stanice o průměru šneku 1550 mm a průtoku Q 685 l/s a dvě šnekové čerpací stanice o průměru 1050 mm s průtokem Q 300 l/s, jejich délka je 12000 mm. Při běžných podmínkách jsou v provozu pouze dvě šnekové čerpací stanice.
17
Obrázek č. 2 - šneková čerpací stanice Strojně stírané česle (obr.3) – samočistící česle jsou universálním odlučovačem nerozpuštěných látek z kapalin. Začleňují se do vstupního objektu mechanického předčištění na dno přítokových kanálů, odkud vynášejí zachycené látky z hloubky 0,4÷8 m nad úroveň hrany kanálu nebo další podlaží, do výšky potřebné k následné likvidaci. Na čistírně jsou použity 1x česle značky Hydropress (švédské výroby) a 1x česle značky Fontána (česká výroba). Pro dopravu shrabků jsou instalované 2ks pásových dopravníků a plechový kontejner o objemu 1 m3. Technické parametry: šířka žlabu 1 m šířka průlin 3 mm průtok Q
560 l/s
Obrázek č. 3 - strojně stírané česle 18
Podélné provzdušňovací lapáky štěrku a písku (obr.4) – nacházejí se zde dva lapáky štěrku a písku, slouží k téměř 100 % záchytu pískových zrn o velikosti 0,16 mm 0,20 mm. Zachycený písek je čerpán mamutkovým čerpadlem ze dna žlabu do horního přítokového žlabu akumulační jímky. Za běžných meteorologických podmínek je v provozu jeden podélný lapák o deseti sekcích. Při dešťovém průtoku jsou v provozu oba dva. Lapák je schopen zachytit maximálně 13,5 m3 písku během jednoho dne. Průměrné množství zachyceného písku za jeden den činí 0,81 m3. Technické parametry lapáku: jedná se o typ LPP 360 objem 2 x 291 m3 plocha 2 x 97 m2.
Obrázek č. 4 - podélný provzdušňovací lapák písku a štěrku Podélné usazovací nádrže (obr.5) – usazovací nádrž podélná slouží ke gravitačnímu zachycení primárního surového kalu, obsaženého v přitékající vodě a k jeho následnému odstranění. Odpadní voda s obsahem nerozpuštěných látek o velikosti zrna menším než 0,2 mm natéká do usazovací nádrže pomocí vtokového zařízení. Vlivem snížení rychlosti vody dochází k sedimentaci a klesání pevných částic na dno usazovací nádrže. Odsazená voda odtéká k opačné straně nádrže, stoupá vzhůru a přepadá do odtokového žlabu, opatřeného stavitelnou přepadovou hranou. Sedimentovaný kal je stírán ze spádovaného dna pomocí pojezdového mostu (opatřeného sklopnými škrabkami dna a hladiny) do kalové prohlubně, umístěné na vtokové straně usazovací nádrže. Při zpětném pohybu mostu se ramena škrabek dna zvednou a do funkce jsou uvedeny hladinové stěrky, které dopraví plovoucí nečistoty k odběrnému naklápěcímu 19
žlabu, sloužícímu k jejich vyklizení mimo nádrž. Vyklízení kalu z kalových jímek je standardně řešeno gravitačně odkalovacím potrubím. Na čistírně odpadních vod se nacházejí dvě usazovací nádrže, ve kterých se usadí 20 – 40 % organických nečistot. Jedná se o poslední fázi mechanické části čištění odpadních vod. Technické parametry usazovacích nádrží: šířka 12 m délka 36 m objem 2 x 1254 m3 plocha 2 x 418 m2
Obrázek č. 5 - podélná usazovací nádrž
5.3.2 Objekty biologického stupně čištění odpadních vod Aktivační nádrž (obr.6) – zde vzniká sekundární kal, skládá se z nitrifikační, denitrifikační a regenerační nádrže. Do aktivační nádrže přitéká mechanicky předčištěná odpadní voda, která se zde mísí s recirkulovaným kalem a zároveň musí docházet k intenzivnímu provzdušňování (hlídá se koncentrace kyslíku, která se pohybuje od 1,5 ÷ 2 mg/l) a dále se směs neustále míchá pomocí čerpadel. Probíhá zde několik procesů, a to biologická oxidace organického substrátu, nitrifikace, denitrifikace a odstranění fosforu. [6] Nitrifikace – je biochemická oxidace amoniakálního dusíku na dusitany a dusičnany. Zajišťují ji nitrifikační bakterie, které vyžadují oxické podmínky. Nitrifikace probíhá ve dvou stupních: 20
Nitritace - oxidace amoniakálního dusíku na dusík dusitanový NH4+ + 1,5O2 = NO2- + H2O +2H+ + 250 kJ Nitratace - oxidace dusitanového dusíku na dusík dusičnanový NO2- + 0,5O2 = NO3- + 75 kJ U prvního stupně nitrifikace je nutné sledovat koncentraci kyslíku, jelikož dochází k uvolňování kationů H+ a tím klesá hladina pH, která při snížení na 6,0 ÷ 6,5 pH může proces nitrifikace až zastavit. Průběh a rychlost nitrifikace ovlivňují především koncentrace rozpuštěného kyslíku, pH, teplota a složení odpadní vody. [7] Denitrifikace – je biochemická redukce dusičnanů a dusitanů na oxid dusný a na elementární dusík, který je uvolňován do ovzduší. Rychlost denitrifikace je ovlivněna následujícími faktory: koncentrace rozpuštěného kyslíku, hodnota pH, teplota, stáří a zatížení kalu, složení odpadních vod. [5] NO3- → NO2- → NO → N2O → N2 Pokud by k denitrifikaci nedošlo již v aktivační nádrži, mohlo by dojít ke spontánní denitrifikaci v dosazovacích nádržích, kde by došlo k uvolnění plynného dusíku a při jeho stoupání k hladině odnesení i vloček kalu do odtoku již vyčištěné odpadní vody. Odstraňování fosforu – lze použít více metod (biologická a chemická metoda odstraňování fosforu). Na čistírně odpadních vod v HB je využita biologická metoda odstraňování fosforu v předřazené anaerobní části a následně oxické. Jako rezerva slouží chemická metoda odstraňování fosforu - srážení síranem železitým. Při této metodě je rozpuštěný organický fosfor převáděn na málo rozpustné fosforečnany kovů se současnou tvorbou hydroxidů kovů. Vznikají vločky, které jsou schopny tento fosfor vázat. Současně probíhá odstranění organických látek s nerozpuštěnými látkami. Tento proces nazýváme koagulace. Přidané látky nazýváme koagulanty (chemické látky na bázi železa nebo hliníku, nejčastěji FeCl3, Fe2(SO4)3, Al2(SO4)3, nebo polyaluminium chlorid). Výsledkem jsou sraženiny různého složení. Aktivovaný
kal
je
shlukem
bakterií
(rodů
Pseudomonas,
Micrococcus,
Flavobacterium aj.) ve formě zoologií. Složení aktivovaného kalu závisí na substrátu, na kterém byl kal vypěstován a na technologických parametrech použitých v procesu aktivace (stáří kalu, doba zdržení v aktivační nádrži, zatížení kalu, kalový index).
21
Jsou-li všechny podmínky dodrženy, získáme aktivovaný kal ve formě dobře sedimentujících vloček. To zajistí čirý odtok vyčištěné odpadní vody a dostatečně zahuštěný aktivovaný kal pro další zpracování.
Obrázek č. 6 - aktivační nádrže
Kruhové dosazovací nádrže (obr.7) – slouží k separaci aktivovaného kalu a vyčištěné odpadní vody po biologickém čištění. Biologicky vyčištěná odpadní voda přitéká do středového nátokového válce, který současně slouží jako středová podpěra ocelového pojezdového mostu. Na pojezdovém mostu je zavěšena ocelová konstrukce se stíracími lištami, které zajišťují rovnoměrné stírání kalu ze dna nádrže k jejímu středu. Součástí vybavení nádrže je také sběrné zařízení plovoucích nečistot u hladiny, které je propojeno potrubím s jímkou na plovoucí nečistoty. Shrabovací mostové zařízení shrabuje kal do jímky, který je dále veden potrubím do čerpací stanice vratného kalu. Jedná se o poslední fázi biologického stupně čištění odpadních vod. Na čistírně v HB jsou dvě kruhové dosazovací nádrže o průměru 40 m. Technické parametry dosazovacích nádrží: objem
2 x 3020 m3
hloubka 3 m plocha
22
2 x 1180 m2
Obrázek č. 7 - kruhová dosazovací nádrž
5.3.3 Objekty kalového hospodářství na ČOV Schéma kalového hospodářství čistírny odpadních vod je znázorněno na obrázku č. 8. Dmychárna – je vybavena třemi dmychadly a dvěma turbodmychadly. Slouží ke stlačování a dodávce vzduchu, který je dále využíván k provzdušňování aktivačních nádrží. Hodinová spotřeba vzduchu se pohybuje od 6000 m3 do 15400 m3 s průměrem 8000 m3. Šneková čerpací stanice vratného kalu – slouží pro čerpání vratného kalu z dosazovacích nádrží do regenerátoru kalu. Jsou osazeny dvěma kusy čerpadel o průtoku Q = 420 l/s. Pro čerpání přebytečného kalu je ve sklolaminátovém potrubí osazeno jedno čerpadlo s průtokem Q = 25 l/s. Výtlak přebytečného kalu je vyústěn do přítokového žlabu před usazovací nádrže. Povodňová čerpací stanice se stanicí odpadní vody – slouží pro přečerpání vyčištěné odpadní vody do řeky Sázavy za zvýšených stavů průtoku. Na odtoku z čistírny je 23
vybudována šneková povodňová čerpací stanice, která je osazena dvěma kusy šnekových čerpadel s průtokem Q = 1070 l/s. Ta přečerpávají vyčištěnou odpadní vodu nad hladinu stoleté vody v Sázavě v místě vyústění. V povodňové čerpací stanici je umístěna stanice provozní vody, která je sestavena ze tří čerpadel a dvou tlakových nádob s kompresorem pro doplňování vzduchu v tlakovém polštáři. Čerpací stanice surového kalu – surový kal z usazovacích nádrží je vyústěn do čerpací jímky surového kalu gravitačně potrubím. V čerpací jímce jsou dvě ponorná čerpadla s průtokem Q = 26 l/s. Společný výtlak čerpadel je vyústěn do strojovny zahušťovacích nádrží. Plovoucí kal je odčerpáván dvěma sériově zapojenými čerpadly o průtoku Q = 26 l/s. První ponorné čerpadlo je osazeno v jímce plovoucího kalu, druhé v sérii napojené čerpadlo je ve vedlejší suché jímce. Výtlačné potrubí je zaústěno do potrubí zahuštěného vratného kalu, které je napojeno v kalovém hospodářství na cirkulační potrubí anaerobních fermentorů. Zahušťovací nádrže – jedná se o dvě zahušťovací nádrže směsného (primárního a sekundárního) kalu před vyhníváním. Zahuštěný kal je čerpán samostatným čerpadlem o průtoku Q = 26 l/s do společného výtlaku, který je napojen v kalovém hospodářství do cirkulačních potrubí anaerobních fermentorů. Technické parametry zahušťovacích nádrží: průměr 12 m plocha 226,2 m2 Anaerobní fermentory – jedná se o dvě kruhové železobetonové nádrže s plochým dnem. Vrchlík uzavřených nádrží je proveden z ocelového plechu síly 8 mm. Vstup na nádrže je umožněn pomocí zakrytého ocelového schodiště. Míchání nádrže je možno provádět kalovým plynem, nebo pomocí čerpadel. Anaerobní stabilizace kalu probíhá při teplotě 35 – 45 °C. Technické parametry anaerobního fermentoru: výška 18 m průměr 12,5 m objem
2 x 1863 m3
Uskladňovací nádrž – je železobetonová otevřená nádrž válcového tvaru. Slouží k uskladnění a zahuštění anaerobně stabilizovaného kalu. Je vybavena mícháním vzduchem a třemi odběrovými horizonty kalové vody. 24
Technické parametry uskladňovací nádrže: průměr 12,5 m
primární sedimentace
17 m
objem
2010 m3
aktivace
A
sekundární sedimentace A
B
prebytecný aktivovaný kal
recyklace aktivovaného kalu
kal
primární
výška
E
D
kalová voda D
bioplyn D
C zahuštování
C odvodnování
F do zemedelství
B D
E
G na skládku metanizace (stabilizace)
D
H spalování
kalová voda
Obrázek č. 8 - schéma kalového hospodářství na čistírně odpadních vod [3] Procesy: A - sedimentace, B - stabilizace, C - kondicionace, zahušťování a odvodňování, D - čerpání, E - vracení kalové vody, F, G, H – využití kalu
5.3.4 Objekty plynového hospodářství na ČOV Plynojem s armaturní komorou – jedná se o šroubový ocelový plynojem, který je v železobetonové nádrži napuštěné vodou (vodní uzávěra). Plynojem je vybaven armaturní komorou s ovládacími a zabezpečovacími prvky. Průměr zvonu je 10 m a objem 300 m3. Kompresorovna kalového plynu pro míchání – je umístěna v objektu kotelny. Je vybavena
dvěma
stojatými
dvojčinnými
jednostupňovými
a
jednoválcovými
kompresory na kalový plyn. Kompresorovna je vybavena zabezpečovacím zařízením, dvěma plynoměry a monitorovacím zařízením. 25
Typ kompresorů
1 SK 120 P
Dopravní množství Q = 50 m3/h Dopravní tlak
p = 0,4 Mpa
Elektromotor
N = 7,5 kW
Kotelna – nachází se zde dva kotle na kalový, případně zemní plyn. Zajišťuje vytápění všech objektů čistírny odpadních vod, anaerobních fermentorů a plynojemu. Rovněž ohřívá vodu pro potřeby čistírny. Při rekonstrukci byla sestava kotelny vybavena kogeneračními jednotkami, které vyrábějí teplo a elektrickou energii. Odvodňovací stanice kalu - anaerobně stabilizovaný kal je odebrán z uskladňovací nádrže na odvodnění pomocí vřetenového čerpadla. Kal je možno po přestavění armatur odebírat z nádrže, do které budou kaly přiváženy k odvodnění z jiných čistíren. K odvodnění je použita dekantační odstředivka firmy ALFA LAVAL (obr.9). Odvodněný kal je dopravován pomocí tří dopravníků do kontejneru. Kalová voda odtéká z odstředivky potrubím o průměru 200 mm do jímky kalové vody, která je zaústěna na přítok čistírny. Vzorky kalové vody lze odebírat přímo na sběrném potrubí na odstředivce. Roztok flokulantu, který je přiveden z chemického hospodářství se dávkuje do přívodního potrubí kalu k odstředivce. [12]
Obrázek č. 9 - dekantační odstředivka
26
Kogenerační jednotky – zážehový motor, spojený spojkou s generátorem, uloženým na společném základovém rámu, kde je dále umístěn systém mazacího oleje a regulační a zabezpečovací zařízení pro přívod plynu a vzduchu. Ve spodní části rámu jsou umístěny výměníky pro ohřev topné vody. Na vnější straně rámu jsou umístěna hrdla pro připojení potrubí. Generátor umožňuje paralelní provoz s elektrickou sítí i samostatný provoz při výpadku sítě. Kogenerační jednotky mohou fungovat alternativně na zemní plyn. Měrný objekt – je umístěn v šachtě povodňové stanice o rozměrech 2 x 2 m. Šachta je předělena přepážkou s obdélníkovým přepadem s délkou hrany 1 m. Hrana je provedena z nerezového plechu a opatřena ostrým úhlem. Měření hladiny zajišťuje ultrazvukové čidlo umístěné nad usměrňovacím válcem z PVC potrubí. Přenos dat je zaveden na počítač řídicího systému.
5.4 Technologický popis procesu čištění odpadních vod v HB Čistírna odpadních vod v HB (obr.11) je mechanicko-biologickou ČOV s biologickým stupněm rozšířeným o odstraňování forem dusíku a fosforu. Kalové hospodářství je založeno na principu tepelné anaerobní stabilizace kalů v anaerobních fermentorech s následným mechanickým odvodňováním kalů. Projektované průtoky na čistírně odpadních vod: Q24
9000 m3 za 1 hodinu
Qd
562 m3 za 1 hodinu
Qmax.
11000 m3 za 1 den
Odpadní vody z města Havlíčkův Brod jsou gravitačně přiváděny na čistírnu odpadních vod přívodní stokou napojenou na kanalizační síť města (průmyslová a splašková). Při vyústění stokové sítě na čistírně odpadních vod se mísí průmyslové odpadní vody se splaškovými. Prvním stupněm mechanického předčištění jsou hrubé česle, na kterých se zachycují nerozpuštěné látky. Za hrubými česlemi je vybudován lapák štěrku, který využívá principu sedimentace. Žlab, ve kterém protéká odpadní voda, je v tomto místě rozšířen a prohlouben a dochází k sedimentaci štěrku obsaženého v přitékající odpadní vodě. Vytěžený štěrk, písek a shrabky jsou odváženy na skládku odpadů Lapíkov provozovanou Technickými službami Chotěboř.
27
Za lapákem štěrku je napojena vstupní čerpací stanice, která slouží k přečerpávání přiváděných odpadních vod na další zařízení mechanického stupně. Těmi jsou strojně stírané česle, kde jsou zachyceny nečistoty o velikost větší než 3 mm. Za česlemi jsou odpadní vody odváděny do dvoukomorového provzdušňovaného podélného lapáku písku, ve kterém dochází k zachycení nerozpuštěných látek se zrnem větším než 0,16 – 0,20 mm. Zachycený písek je čerpán mamutkovým čerpadlem jako hydrosměs ze žlabu ve dně lapáku do horního přítokového žlabu akumulační jímky písku. Mamutková čerpadla jsou zavěšena na pojezdovém mostě lapáku písku. Provozovaná komora lapáku písku je provzdušňována tlakovým vzduchem pomocí provzdušňovacích roštů. Při provzdušňování dochází k příčné válcové rotaci čištění odpadní vody, přičemž dochází k propírání zachycovaného písku a ke zlepšení jeho sedimentačních možností. Písek se přečerpává do akumulační jímky, kde sedimentuje. Ze dna je těžen drapákem do přepravních kontejnerů. Akumulační jímka písku je dvojitá, druhá část jímky tvoří jímku odsazené vody z pískové hydrosměsi. Odsazená voda ze sedimentační jímky písku přepadá přes přepadovou hranu do jímky odsazené vody, ze které je čerpána ponorným čerpadlem motoricky ovládaným od hladin v této jímce. Odsazená voda je čerpána do odtokového žlabu ze strojně stíraných česlí. Odpadní vody z lapáku písku odtékají přes přepad do přítokového žlabu na usazovací nádrže. Na tomto přítokovém žlabu je objekt měření. Před usazovacími nádržemi je přítokový žlab rozvětven do dvou žlabů, z nichž každý tvoří samostatný přítok do jedné ze dvou usazovacích nádrží. V podélných usazovacích nádržích dochází k usazení suspendovaných látek na dno nádrže. Usazený materiál je ve formě kalu stírán ze dna nádrže do kalových jímek, které jsou součástí podélných usazovacích nádrží a jsou umístěny ve dně těchto nádrží. Každá z usazovacích nádrží má čtyři kalové jímky se samotným vypouštěcím potrubím kalu vystrojeným ručním šoupátkem a šoupátkem s elektrickým pohonem. Primární kal je odčerpáván do zahušťovacích nádrží. Zahušťovací nádrže mají míchací zařízení a odběrové horizonty kalové vody. Provoz nádrží může být kontinuální nebo diskontinuální. V zahušťovací nádrži je kal promícháván a shrabován míchacím zařízením do středové odběrné jímky kalu, odkud je odebírán sacím potrubím do čerpací stanice k čerpadlům, které kal čerpají do anaerobních fermentorů. Odpadní voda z usazovacích nádrží přepadává do odtokového žlabu a je dopravována do aktivační nádrže. Bezprostředně za usazovací nádrží je na odtokovém 28
žlabu boční přepadová hrana pro odlehčení dešťových vod, které odtékají do vedle umístěného odtokového žlabu dešťových vod, ze kterého dále odtékají odlehčovací stokou do řeky Sázavy. Aktivace je provozována jako systém s anaerobním reaktorem a předřazenou denitrifikací. Doba zapracování aktivačního procesu čištění odpadních vod je závislá na různých vlivech a to zejména na: a. teplotě prostředí (odpadní vody i ovzduší) b. znečištění a množství odpadní vody c. množství a kvalitě oživeného kalu d. zkušenosti a spolehlivosti obsluhy V závislosti na sezónních potřebách provozu je možné zapojit regeneraci kalu. Z aktivačních nádrží odtéká aktivační směs rozdělovacím žlabem přes rozdělovací šachtu do dvou kruhových dosazovacích nádrží. Zde dochází k sedimentaci kalu z přivedené aktivační směsi. Kal ze dna nádrží je shrabován mostovým shrabovákem do středové kalové jímky ve dně dosazovacích nádrží, ze které je odebírán do šnekové čerpací stanice vratného kalu. Vyčištěná odpadní voda v dosazovacích nádržích přepadá do odtokového žlabu osazeného po obvodě těchto nádrží. Odtokové žlaby v místě napojení odtokového žlabu dosazovacích nádrží jsou vzájemně propojeny a z tohoto místa jsou vyčištěné odpadní vody odváděny kanalizačním odpadním potrubím přes povodňovou čerpací stanici do recipientu. Odsazený vratný kal se dále vrací zpět do aktivační nádrže pomocí šnekové čerpací stanice. Přebytečný kal vstupuje do kalového a plynového hospodářství dle obrázku č. 10.
Obrázek č. 10 – kalové a plynové hospodářství Kalové hospodářství je tvořeno anaerobní stabilizací kalu ve dvou anaerobních reaktorech. Přiváděný kal do anaerobních fermentorů vytlačí stejné množství surového 29
kalu přepouštěcím potrubím do uskladňovací nádrže kalu. V anaerobních fermentorech je doba zdržení od 15 do 20 dnů. Provozní teplota anaerobní fermentace je 34 – 35 °C. Teplo do kalových výměníků je dodáváno topnou vodou z plynové kotelny a odpadním teplem od kogenerační jednotky. Kalový plyn vyrobený v anaerobních reaktorech je jímán a potrubím veden do kompresorovny ve strojovně anaerobních reaktorů. Zde je napojen na společnou předlohu, ke které je napojeno sání plynových kompresorů pro míchání obsahu anaerobních reaktorů kalovým plynem. Stabilizovaný kal je veden do uskladňovací nádrže. V uskladňovací nádrži probíhá demineralizace, případné odpouštění kalové vody zónovými odběry. Kal z uskladňovací nádrže je odebírán do odvodňovací stanice kalu, která je osazena odstředivkou ALFA LAVAL. Odvodněný kal má sušinu 20 až 23 %, tj. 200 až 230 kg/m3. Plynové hospodářství se skládá z plynojemu se strojovnou, strojovny anaerobních fermentorů a kotelny s přípojkou zemního plynu. Pro efektivní využití bioplynu byla v rámci intenzifikace v roce 2001 instalována kogenerační jednotka TEDOM. Na rozvod bioplynu je po rekonstrukci napojeno potrubí s vlastním uzávěrem pro kogenerační jednotky. Jednotka je napojena na topný systém kotelny a elektrickou soustavu čistírny odpadních vod. [11] Po těchto výše popsaných procesech se čistírenský kal odváží na pole k přímé aplikaci, nebo ke kompostování, podle zákona 185/2001 Sb. o odpadech. Roční množství odvodněného kalu je 5500 ∙ 103 kg. Při odvozu čistírenského kalu platí poplatek za odpad čistírna odpadních vod Havlíčkův Brod jako producent osobě oprávněné k nakládání s odpady a to firmě Envirex s.r.o.
Obrázek č. 11 - schéma čistírny odpadních vod v Havlíčkově Brodě 30
6. ÚČINNOST PROCESU ČIŠTĚNÍ NA ČOV V HB Sledování účinnosti ČOV patří k nejdůležitějším činnostem provozu čistírny. Přitom pod účinností si lze představit nejen vlastní efektivitu čištění odpadních vod a dosaženou redukci znečištění, ale také efektivitu ekonomického provozu. Za tímto účelem je na čistírnách odpadních vod zpracováván provozní deník ČOV. V tomto deníku jsou k dispozici všechny základní informace, jak o objektech ČOV, tak i o měřených datech a výsledcích čištění. Množství měřených veličin a jejich četnost závisí na povaze technologického procesu čištění, na jeho velikosti a na možnostech provozovatele. Čistírna odpadních vod Havlíčkův Brod je zařazena do kategorie velikosti 10 001 – 100 000 připojených ekvivalentních obyvatel (EO). Tím je určena četnost sledování. Jinou četnost může určit vodohospodářský orgán. Produkce znečištění na 1 EO tvoří přibližně 55 g nerozpustných látek za den. Z toho sedimentovatelných látek je přibližně 40 g. Odstraněním těchto nerozpuštěných látek snížíme organické znečištění vyjádřené v BSK (biochemická spotřeba kyslíku), přibližně o 30 %.
6.1 Četnost sledování 1. Odpadní voda - na přítoku do čistírny za hrubým předčištěním, bez kalové vody - na odtoku z usazovacích nádrží - na odtoku z dosazovacích nádrží – směs obou odtoků 2. Aktivační směs - stanovení usaditelných látek objemově po půlhodinové sedimentaci v aktivaci (cca 30 cm pod hladinou) - pro analytickou kontrolu (usaditelné látky objemově po půlhodinové sedimentaci a nerozpuštěné látky – např. jodid draselný KI) - stanovení rozpuštěného kyslíku – ve všech sekcích aktivace 3. Vratný aktivovaný kal - na vtoku do aktivačních nádrží 4. Surový kal - při odkalování usazovacích nádrží, na trase vratného kalu 31
5. Stabilizovaný kal z anaerobních fermentorů - při přepouštění kalu z anaerobních fermentorů do uskladňovací nádrže 6. Stabilizovaný kal z uskladňovací nádrže - při vypouštění uskladňovací nádrže 7. Kalová voda z odvodnění kalu - před zaústěním do kanalizace 8. Kalový plyn - z anaerobních fermentorů nebo plynojemu
6.2 Odběr a příprava vzorku Vzorky odebírané na čistírně odpadních vod v Havlíčkově Brodě se odebírají slévané, v intervalu 2 hodin po dobu 24 hodin. Odebraný vzorek musí být uchován v chladničce až do doby zpracování. Tato doba musí být co nejkratší. Odebraný vzorek musí reprezentovat skutečný stav a složení odpadní vody nebo kalu v místě odběru. Současně se měří průtok odebírané látky. Měření průtoku se neprovádí při stanovení rozpuštěného kyslíku, pH, kvality aktivační směsi a kvality kalu. Další zpracování a přepravu vzorků zajišťuje akreditovaná laboratoř čistírny odpadních vod. Některé rozbory zajišťuje laboratoř ENVIREX Chotěboř. Na odtoku čistírny odpadních vod se provozuje kontrolní měření BSK5, CHSK, NL, N-NH4, Nanorg, Pc, RAS (rozpuštěné anorganické soli) a to dvakrát do měsíce. Jedenkrát měsíčně se odesílají vzorky na rozbor Ncelkový, AOX (absorbovatelné organicky vázané halogeny), Cd, Hg do akreditované laboratoře ENVIREX Chotěboř. [13]
6.3 Emisní standardy ukazatelů přípustného znečištění odpadních vod Emisní standardy ukazatelů přípustného znečištění odpadních vod se řídí přílohou č. 1 k nařízení vlády č. 61/2003 Sb., o ukazatelích a hodnotách přípustného znečištění povrchových vod a odpadních, náležitosti povolení k vpouštění odpadních vod do vod povrchových a do kanalizací a o citlivých oblastech, ve znění pozdějších předpisů. [4]
32
Tabulka 1: Emisní standardy: přípustné hodnoty (p)3), maximální hodnoty (m)4) a hodnoty průměru5) koncentrace ukazatelů znečištění vypouštěných odpadních vod v mg/l CHSKCr Kapacita ČOV (EO) < 5007) 500 - 2 000 2 001 - 10 000 10 001 - 100 000 > 100 000
p
3)
BSK5 4)
125 120 90 75
3)
m
p
180 170 130 125
30 25 20 15
N-NH4+ Kapacita ČOV (EO) < 5007) 500 - 2 000 2 001 - 10 000 10 001 - 100 000 > 100 000
p3) 15 -
NL 4)
m
p
3)
m4)
60 50 40 30
35 30 25 20
70 60 50 40
Ncelk2),8)
m4),6) 30 -
průměr5) 15 10
Pcelk9) m4),6) 20 20
průměr5) 2 1
m4) 6 3
Žlutě označený řádek vyznačuje hodnoty přípustné pro čistírnu odpadních vod v Havlíčkově Brodě. Vysvětlivky: CHSKCr - chemická spotřeba kyslíku BSK5
- pětidenní biochemická spotřeba kyslíku
NL
- nerozpuštěné látky
N-NH4 - dusík amoniakální Ncelk.
- dusík celkový
Pcelk.
- fosfor celkový
2)
Celkový dusík znamená sumu všech forem dusíku (organický a amoniakální), dusičnanového a dusitanového dusíku
3)
Uváděné přípustné koncentrace „p“ nejsou roční průměry a mohou být překročeny v povolené míře v souladu s rozhodnutím
vodoprávního úřadu 4)
Uvedené maximální koncentrace „m“ jsou nepřekročitelné
5)
Uváděné hodnoty jsou aritmetický průměr koncentrací za posledních 12 kalendářních měsíců a nesmí být překročeny
6)
Hodnota platí pro období, ve kterém je teplota odpadní vody na odtoku z biologického stupně vyšší než 12° C.
7)
Přípustné hodnoty ukazatelů CHSKCr, BSK5 a NL stanoví vodoprávní úřad přiměřeně k tomuto nařízení, na základě jakosti a stavu
vody v toku a místních podmínek. 8)
Požadavky na dusík je možno kontrolovat pomocí denních průměrů, jestliže se prokáže, že je takto zajištěna stejná úroveň ochrany
vod. V tomto případě denní průměr nesmí přesáhnout 20 mg/l celkového dusíku pro všechny vzorky, jestliže teplota na odtoku biologického stupně čistírny odpadních vod je vyšší
33
nebo rovná 12 °C. Zohlednění požadavků na funkci biologického odstranění dusíku a plnění limitů při teplotách na odtoku nižších než 12 °C může být nahrazeno zohledněním pro časově určené zimní období podle oblastních klimatických podmínek, které stanoví vodoprávní úřad u tohoto ukazatele znečištění 9)
Tento emisní limit stanoví vodoprávní úřad pro čistírnu odpadních vod vybavenou technologickým stupněm pro odstraňování
fosforu. U ostatních čistíren odpadních vod stanoví tento limit v případě, že to tak vyplyne ze stanovení emisních limitů kombinovaným přístupem.
Tabulka 2: Emisní limity: přípustná minimální účinnost čištění vypouštěných odpadních vod (minimální procento úbytku) 1), 2) v procentech Kapacita ČOV (EO) < 5004) 500-2000 2001-10000 10 001-100 000 > 100 000
CHSKCr BSK5 NL N-NH4+ 5) Ncelk3) Pcelk 70 80 80 75 85 90 70 75 85 90 75 80 75 85 90 75 80
1)
Účinnost čištění vztažená k zátěži na přítoku do čistírny odpadních vod.
2)
Přípustná účinnost čištění může být v povoleném počtu jednotlivých stanovení nedosahována podle hodnot v příloze č. 5 k tomuto
nařízení. Pro stanovení hodnot minimální účinnosti čištění se použije typ vzorku A nebo B nebo C podle poznámky 3) k tabulce 1 přílohy č. 4 v souladu s rozhodnutím vodoprávního úřadu. 3)
Celkový dusík znamená sumu všech forem dusíku, tj. dusíku stanoveného Kjeldahlovou metodou (organický a amoniakální
dusík), dusičnanového a dusitanového dusíku. 4)
Přípustné limity ukazatelů CHSKCr, BSK5 a NL stanoví vodoprávní úřad přiměřeně k tomuto nařízení, na základě jakosti a stavu
vody v toku a místních podmínek.
6.4 Hodnoty naměřené na čistírně odpadních vod v Havlíčkově Brodě K vyhodnocení účinnosti procesu čištění odpadních vod jsem použila hodnoty naměřené v období od 1.1.2010 do 31.12.2010. Dále tyto hodnoty porovnáme s emisními limity a emisními standardy stanovené platnou legislativou.
Qm průměrná hodnota [kg] 3
Výpočet roční bilance:
1000
Q – průtok odpadní vody ČOV Př.: roční bilance BSK5 na odtoku z čistírny odpadních vod 3464250 4,4 15242,7 kg 1000
34
Tabulka 3: Přítok na čistírnu odpadních vod v HB měsíc
objem 3 [m ] 208148,0 226577,0 340211,0 271192,0 284814,0 321585,0 281087,0 398180,0 294533,0 239228,0 226461,0 372234,0
CHSKCr [mg/l] 1228,3 1633,7 893,5 1109,4 1025,0 936,8 1169,6 936,3 982,4 1144,0 1496,5 1036,8
BSK5 [mg/l] 707,0 835,3 565,8 533,8 390,5 433,6 518,7 373,7 469,0 627,9 571,8 396,0
NL [mg/l] 338,4 412,4 383,0 401,6 244,7 352,4 306,7 303,1 272,4 270,0 313,9 288,0
Pcelk. [mg/l] 17,6 20,3 16,4 14,8 15,2 14,0 13,5 12,8 11,8 14,2 20,6 14,2
RAS [mg/l] 780,0 922,0 796,0 854,0 922,7 918,0 866,0 640,0 906,7 836,0 896,5 1195,0
N-NH4 [mg/l] 49,8 56,7 32,4 52,0 37,8 39,0 43,6 30,9 41,5 48,5 52,6 50,8
Nanorg. [mg/l] 51,1 62,1 44,9 48,5 54,1 55,2 41,7 31,5 50,4 61,1 57,1 53,7
suma 3464250,0 minimum 208148,0 maximum 398180,0 průměr 282687,5
13592,3 893,5 1633,7 1132,7
6423,1 373,7 835,3 535,3
3886,6 244,7 412,4 323,9
185,4 11,8 20,6 15,5
10532,9 640,0 1195,0 877,7
535,6 30,9 56,7 44,6
611,4 31,5 62,1 50,9
leden únor březen duben květen červen červenec srpen září říjen listopad prosinec
roční bilance kg
3 923 955,9 1 854 413,0 1 122 070,5 53 695,8 3 040 572,2 154 505,5 176 330,3
Tabulka 4: Odtok z čistírny odpadních vod v HB měsíc
CHSKCr [mg/l] 39,4 42,5 31,0 36,8 31,4 28,7 30,3 25,9 30,1 29,3 29,1 33,8
BSK5 [mg/l] 4,5 7,4 4,7 4,8 3,8 4,2 4,5 3,1 3,0 4,4 3,2 5,5
NL [mg/l] 9,5 12,6 8,7 7,3 7,5 5,1 6,8 6,6 3,6 3,9 5,6 8,0
Pcelk. [mg/l] 0,7 0,5 0,3 0,4 0,5 0,4 0,9 0,9 0,5 0,6 0,3 0,4
RAS [mg/l] 773,0 890,0 671,0 689,0 730,0 624,7 585,0 595,0 812,0 698,0 602,3 750,0
N-NH4 [mg/l] 2,4 2,4 2,4 1,8 1,5 2,0 1,2 1,3 0,9 2,2 1,5 5,8
Nanorg. [mg/l] 10,5 13,2 6,6 11,2 7,4 9,7 6,3 8,5 10,1 15,1 14,3 12,8
suma minimum
388,3 25,9
53,1 3,0
85,2 3,6
6,4 0,3
8420,0 585,0
25,4 0,9
125,7 6,3
maximum průměr
42,5 32,4
7,4 4,4
12,6 7,1
0,9 0,5
890,0 701,7
5,8 2,1
15,1 10,5
112 241,7
15 242,7
24 596,2
1 732,1 2 430 864,2
7 274,9
36 374,6
leden únor březen duben květen červen červenec srpen září říjen listopad prosinec
roční bilance kg
35
Vyhodnocení účinnosti provedu z naměřených průměrných hodnot mimo RAS (rozpuštěné anorganické soli), tato hodnota je sice na čistírně odpadních vod v Havlíčkově Brodě měřena, ale v tabulce emisních standardů a limitů pro vypouštění odpadních vod do recipientů není uvedena.
6.5 Porovnání účinnosti procesu čištění s platnou legislativou a vyhodnocení Výpočet účinnosti: Ecelk %
C pritok Codtok C pritok
100
Pro vyhodnocení účinnosti procesu čištění potřebujeme znát celkovou hodnotu dusíku, kterou dostaneme sečtením dusíku amoniakálního s dusíkem anorganickým. Ncelk. [mg/l] = N-NH4 + Nanorg. Minimální úbytek uvedený v tabulce č. 5 je minimální hodnota účinnosti ČOV daná platnou legislativou (tabulka č. 2). Tabulka 5: Porovnání účinnosti procesu čištění a porovnání emisních limitů s hodnotami naměřenými na odtoku čistírny odpadních vod
CHSKCr BSK5 NL Pcelk. Ncelk
přítok [mg/l] 1132,7 535,3 323,9 15,5 95,5
odtok limity (p) účinnost min. úbytek [mg/l] [mg/l] [%] [%] 32,4 90,0 97,1 75,0 4,4 20,0 99,2 85,0 7,1 25,0 97,8 90,0 0,5 2,0 96,7 80,0 12,6
15,0
86,8
75,0
Barevná odlišnost sloupců vyznačuje porovnávané hodnoty. Průměrné vypočítané hodnoty sledovaného znečištění v letech 2001 – 2005 a v roce 2010 jsou graficky znázorněny na obrázku č. 12
36
Vypuštěné znečištění v letech 2001 - 2005 a v roce 2010
3
roční bilance [kg.10 ]
250
200
150
100
50
0 CHSKCr
BSK5
NL
Pcelk.
N - NH4
2001
213,1
39,5
61,5
13,7
39,1
2002
205,2
36,4
53,6
13,6
34,5
2003
169,9
28,5
44,9
10
27,9
2004
179,9
34,6
49,2
11,8
27,5
2005
161,9
32
48,3
8,3
24
2010
112,2
15,2
24,6
1,7
7,3
Obrázek č. 12 - grafické znázornění vypuštěného znečištění v letech 2001 – 2005 a v roce 2010
7. NÁVRH PRAKTICKY UPLATNITELNÝCH DOPORUČENÍ V oboru zabývajícím se čištěním odpadních vod se postupně zlepšují technologie a možnosti biologického stupně čištění. V Havlíčkově Brodě vzhledem ke stáří ČOV můžeme doporučit výměnu areačního systému za kvalitnější, který má delší životnost a lepší využití kyslíku a tím šetří elektrickou energii. V posledních letech se stále více dostává do popředí problematika tzv. „energetické účinnosti“ čistíren odpadních vod. Jedná se o snahu optimalizovat energetickou bilanci ČOV a to snižováním spotřeby energie a zvyšováním její produkce s cílem co nejvíce se přiblížit k dosažení energetické soběstačnosti. Za tímto účelem proběhla na čistírně odpadních vod v Havlíčkově Brodě před dvěma lety inovace řídících systémů, stavbou fotovoltaických článků. Čištění odpadních vod je náročné na spotřebu energie. Jediným provozem na ČOV schopným produkovat energii je kalové hospodářství. Kaly jsou nevyhnutelným odpadním produktem při čištění odpadních vod. Celkové množství kalů tvoří přibližně 37
1 - 2 % objemu čištěných odpadních vod. V nich je zkoncentrováno 50 až 80 % původního znečištění a náklady na provoz kalového hospodářství představují až 50 % celkových provozních nákladů čistírny odpadních vod. Organické látky obsažené v čistírenských kalech z městských odpadních vod jsou rostlinného nebo živočišného původu. Jedná se o biomasu, o obnovitelný zdroj energie. Vysoký obsah organických látek v kalu představuje významný energetický potenciál. Mezi nejefektivnější a nejrozšířenější metody získávání energie z kalu patří anaerobní stabilizace - při které se více než 50 % organických látek transformuje do bioplynu. Bioplyn obsahuje přibližně 64 % metanu a 36 % CO2. Je to ušlechtilý zdroj energie, který lze v kogeneračních jednotkách přeměnit s vysokou účinností na elektrickou energii a teplo. [14] Pokud bychom se zaměřili na využití bioplynu na ČOV v Havlíčkově Brodě je vzhledem ke kapacitě a množství stávajících anaerobních fermentorů možné zvýšit produkci bioplynu a vyrábět více elektrické energie další kogenerační jednotkou. Otázkou zůstává, zda je toto řešení ekonomicky výhodné v návratnosti investic do projektu a provozu nové kogenerační jednotky.
8. ZÁVĚR Tato bakalářská práce se zabývala podrobným popisem technologie čistírny odpadních vod v Havlíčkově Brodě a vyhodnocením jejího provozu. Znečišťování pramenité a podzemní vody je velkým problémem pro lidstvo. Z globálního hlediska patří voda k nevyčerpatelným zdrojům, ale v regionálních a lokálních oblastech je naopak její výskyt v omezeném a časově nerovnoměrně rozloženém množství. Účelné využívání vodních zdrojů a jejich ochrana před znečišťováním má proto velký význam. Kvalitu vody ovlivňují organické a anorganické nečistoty, inertní a toxické látky, mikroorganismy způsobující vodou sdílené choroby a paraziti, aj. Toto znečištění nacházející se v odpadních vodách významným způsobem redukují čistírny odpadních vod. Účinnost procesu čištění je závislá na typu čistírny, druhu znečištění a různých faktorech ovlivňujících tyto procesy čištění, jako je pH, teplota a další.
38
Vyhodnocení výsledků naměřených hodnot na čistírně odpadních vod v HB při porovnání s hodnotami, které jsou uvedené v platné legislativě, nedochází k překračování těchto emisních limitů a standardů. Na grafickém znázornění vypuštěného znečištění pro roky 2001 - 2005 a rokem 2010 (dle obrázku č. 12) je viditelná klesající tendence pro každou ze sledovaných hodnot. Ve své práci jsem se také zaměřila na možná zlepšení provozu čistírny odpadních vod v HB. Dospěla jsem k závěru, že na této čistírně odpadních vod jsou použity nejlepší dostupné technologie, z hlediska kvality vyčištěné odpadní vody. Jediná možná prakticky uplatnitelná doporučení by se vztahovala na ekonomické aspekty. Výměna areačního systému za kvalitnější a zvýšení produkce bioplynu s následným využitím elektrické energie by přineslo levnější provoz této čistírny.
39
9. INTERNETOVÉ ZDROJE [1] Brněnské vodárny a kanalizace a.s. - Historie kanalizace;aktualizace 6.4.2012 Databáze online [cit. 2012-04-09]; dostupné na: http://www.bvk.cz/o-spolecnosti/odvadeni-a-cisteni-odpadnich-vod/ [2] P. PRAUS; Acta Montanistica Slovana; Ročník 8 (2003), číslo 2-3; Problematika dusíku; [cit. 2012-02-23]; dostupné na: http://actamont.tuke.sk/pdf/2003/n2-3/8praus.pdf [3] Člověk a odpadní voda - II. Část, doplňky a detaily; [cit. 2012-03-02]; dostupné na: http://posta.tf.czu.cz/U3V/U3V_text3-2.doc [4] MŽP - Příloha č. 1 k nařízení vlády č. 61/2003 Sb.; [2012-02-16]; dostupné na: http://mzp.cz/cz/pripustne_znecisteni_vod_narizeni
10. LITERÁRNÍ ZDROJE [5] Ing. T. VÍTĚZ, Ph.D. a prof. Ing. B. GRODA, CSc.;2008; Čištění a čistírny odpadních vod., 96s. [6] M. HENZE; 2008; Biological Wastewater Treatment: Principles, Model; IWA Publishing, 511s. [7] M. HENZE; 2002; Wastewater treatment: biological and chemical processes. Springer, 430s. [8] OECD; 4.1.2006; Zpráva o politice, stavu a vývoji životního prostředí Česká republika., OECD Publishing, 215s. [9] Historie kanalizací: dějiny odvádění a čištění odpadních vod v Českých zemích; 2002; Vydání 1., vydáno, Praha: Milpo media; 259s. [10] U. WIESMANN, In SU CHOI, A.M. DOMBROWSKI; 2007; Fundamentals of biological wastewater treatment., Wiley - VCH, 362s.
11. JINÉ TIŠTĚNÉ ZDROJE [11] Provozní řád pro trvalý provoz ČOV v Havlíčkově Brodě, datum zpracování 12/2002, 161s. [12] Dodatek provozního řádu ČOV Havlíčkův Brod - Odvodňovací stanice kalů, (datum vypracování neuvedeno), 67s. [13] Příručka jakosti - Provozní laboratoř ČOV Havlíčkův Brod, datum vydání 40
1.11.1999, 42str. [14] Odborový časopis SOVAK ; číslo a rok vydání 6/2011
12. SEZNAM OBRÁZKŮ Obrázek č. 1 - výstavba ČOV ......................................................................................... 15 Obrázek č. 2 - šneková čerpací stanice ........................................................................... 18 Obrázek č. 3 - strojně stírané česle ................................................................................. 18 Obrázek č. 4 - podélný provzdušňovací lapák písku a štěrku ......................................... 19 Obrázek č. 5 - podélná usazovací nádrž ......................................................................... 20 Obrázek č. 6 - aktivační nádrže ...................................................................................... 22 Obrázek č. 7 - kruhová dosazovací nádrž ....................................................................... 23 Obrázek č. 8 - schéma kalového hospodářství na čistírně odpadních vod ..................... 25 Obrázek č. 9 - dekantační odstředivka ............................................................................ 26 Obrázek č. 10 – kalové a plynové hospodářství ............................................................ 29 Obrázek č. 11 - schéma čistírny odpadních vod v Havlíčkově Brodě ............................ 30 Obrázek č. 12 - grafické znázornění vypuštěného znečištění v letech 2001 – 2005 a v roce 2010...................................................................................................................... 37
13. SEZNAM TABULEK Tabulka 1: Emisní standardy: ......................................................................................... 33 Tabulka 2: Emisní limity: ............................................................................................... 34 Tabulka 3: Přítok na čistírnu odpadních vod v HB ........................................................ 35 Tabulka 4: Odtok z čistírny odpadních vod v HB .......................................................... 35 Tabulka 5: Porovnání účinnosti procesu čištění a porovnání emisních limitů s hodnotami naměřenými na odtoku čistírny odpadních vod ......................................... 36
41
