MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE
BRNO 2012
PAVLA HŘIVNOVÁ
Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta
Principy čištění odpadních vod Bakalářská práce
Vedoucí práce: Ing. Tomáš Vítěz Ph.D.
Vypracovala: Pavla Hřivnová
Brno 2012
ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE
3
Prohlášení Prohlašuji, ţe jsem bakalářskou práci na téma „Principy čištění odpadních vod“ vypracovala samostatně a pouţila jen pramenŧ, které cituji a uvádím v přiloţeném seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a mŧţe být pouţita ke komerčním účelŧm jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně.
Brno dne 20. dubna 2012 Podpis studenta………………………….....
4
Poděkování Děkuji Ing. Tomáši Vítězovi Ph.D., vedoucímu mé bakalářské práce, za rady a odborné připomínky, kterých jsem vyuţila při jejím zpracování. Dále děkuji pracovníkŧm Vodohospodářské společnosti SITKA Šternberk, vedoucímu městské čistírny odpadních vod panu Antonínu Šnajdrovi a Mgr. Daně Musilové, kteří mi umoţnili praktické konzultace při provozu čistírny a poskytli odborné materiály, které jsem pouţila při vypracování bakalářské práce.
5
ABSTRAKT Název práce: Principy čištění odpadních vod Abstrakt: Bakalářská práce je zaměřena na čištění odpadních vod biologickým aerobním zpŧsobem s mechanickým předčištěním. Stručně popisuje současné platné legislativní dokumenty týkající se vodního hospodářství, zejména čištění odpadních vod, v České republice a Evropské unii. Po obecném popisu čistícího procesu a technologických prvkŧ čistíren odpadních vod se věnuji mechanicko-biologické čistírně odpadních vod ve Šternberku u Olomouce. Uvádím základní údaje o městě, historii budování kanalizace, výstavby vlastní čistírny a její modernizace aţ na současný stav a popisuji celou čistící linku od přítoku na čistírnu, přes mechanické předčištění, biologickou aerobní část, kalové hospodářství aţ po uloţení stabilizovaného odvodněného kalu. V závěru bakalářské práce hodnotím podle výsledkŧ rozborŧ odpadní vody na přítoku a odtoku základních ukazatelŧ znečištění, účinnost čistícího procesu šternberské čistírny. Klíčová slova: ukazatelé znečištění, biologický aerobní proces, kalové hospodářství.
ABSTRACT Title: Principles of wastewater treatment Abstract: The thesis is focused on wastewater treatment using aerobic biological method with a mechanical preliminary treatment. It briefly describes the currently valid legal documents relating to water management, particularly wastewater treatment in the Czech Republic and European Union. The mechanical-biological treatment plant in Šternberk (near Olomouc) is discussed with a general description of the treatment process and technology elements of the sewage works. We present basic information about the city, the history of drainage, the construction of sewage and its own upgrade to the current situation as well as the description the entire line of cleaning wastewater through mechanical pretreatment and biological aerobic part of the sludge after the deposit of stabilized dewatered sludge. At the end of the thesis, there are results based on the analysis of wastewater in the inflow and outflow of basic indicators of pollution as well as the effectiveness of the wastewater treatment process in Šternberk. Key words: pollution indicators, aerobic biological process, sludge management.
6
OBSAH 1 ÚVOD …..................................................................................................................... 9 2 CÍL BAKALÁŘSKÉ PRÁCE ….............................................................................. 9 3 ZÁKLADNÍ LEGISLATIVNÍ POŢADAVKY …...................................................9 3.1 SMĚRNICE RADY 91/271/EHS ….................................................................... 10 3.2 ZÁKON O VODÁCH 254/2001 Sb., VODNÍ ZÁKON …................................. 10 3.3 ZÁKON č. 274/2001 Sb., O VODOVODECH A KANALIZACÍCH …............ 11 3.4 NAŘÍZENÍ VLÁDY č. 23/2011 Sb. …................................................................ 11 3.5 VYHLÁŠKA MŢP ČR 293/2002 Sb. ….............................................................. 12 3.6 LEGISLATIVA PŘI VÝSTAVBĚ A PROVOZU ČOV …................................ 12 3.6.1 Rozhodnutí o umístění stavby ….................................................................... 12 3.6.2 Stavební povolení ČOV a povolení k nakládání s vodami …........................ 12 3.6.3 Zkušební provoz ČOV …............................................................................... 13 3.6.4 Kolaudační rozhodnutí …............................................................................... 14 3.6.5 Provozní řád ČOV …...................................................................................... 14 3.6.6 Trvalý provoz ČOV ….................................................................................... 14 4 DRUHY ODPADNÍCH VOD ….............................................................................. 15 4.1 ODPADNÍ VODY SPLAŠKOVÉ …................................................................... 15 4.2 ODPADNÍ VODY PRŦMYSLOVÉ …............................................................... 16 4.3 ODPADNÍ VODY DEŠŤOVÉ …........................................................................ 17 4.4 VODY BALASTNÍ …......................................................................................... 17 5 VLASTNÍ ČIŠTĚNÍ ODPADNÍCH VOD …......................................................... 18 5.1 MECHANICKÉ ČIŠTĚNÍ …............................................................................... 18 5.1.1 Lapák štěrku …............................................................................................... 18 5.1.2. Česle ….......................................................................................................... 18 5.1.3 Lapák písku ….................................................................................................19 5.1.4 Lapák tukŧ ….................................................................................................. 20 5.1.5 Usazovací nádrţ …......................................................................................... 20 5.1.6 Dešťová zdrţ ….............................................................................................. 21 5.2 BIOLOGICKÉ ČIŠTĚNÍ …................................................................................ 22 5.2.1 Aktivační nádrţ …........................................................................................... 22
7
5.2.1.1 Technologické parametry ovlivňující aktivační proces …........................23 5.2.2 Dosazovací nádrţ …........................................................................................ 25 5.3 TERCIÁRNÍ DOČIŠTĚNÍ …............................................................................... 26 5.3.1 Odstraňování organických látek …................................................................. 26 5.3.2 Odstraňování nutrientŧ …............................................................................... 27 5.3.2.1 Odstraňování dusíku …............................................................................. 27 5.3.2.2 Odstraňování fosforu …............................................................................ 28 5.4 KALOVÉ HOSPODÁŘSTVÍ ….......................................................................... 29 5.4.1 Zahuštění kalu …............................................................................................. 29 5.4.2 Stabilizace kalu …........................................................................................... 30 5.4.3 Hygienizace kalu …........................................................................................ 31 5.4.4 Odvodnění kalu …........................................................................................... 31 5.4.5 Vyuţití kalu …................................................................................................ 33 6 ČIŠTĚNÍ MĚSTSKÝCH ODPADNÍCH VOD VE ŠTERNBERKU …...............33 6.1 ZÁKLADNÍ ÚDAJE O MĚSTĚ …...................................................................... 33 6.2 KANALIZAČNÍ SÍŤ MĚSTA …......................................................................... 34 6.3 KANALIZAČNÍ ŘÁD MĚSTA ŠTERNBERK ….............................................. 35 6.4 MĚSTSKÁ ČOV VE ŠTERNBERKU U OLOMOUCE …................................. 37 6.4.1 Projektové parametry čistírny ….................................................................... 39 6.4.2 Technologie čištění městských odpadních vod ve Šternberku …...................40 6.4.2.1 Hrubé mechanické předčištění …............................................................. 40 6.4.2.2 Jemné mechanické předčištění …............................................................. 44 6.4.2.3 Biologický stupeň čištění …...................................................................... 47 6.4.2.4 Kalové hospodářství …............................................................................. 53 6.4.3 Kontrola čistícího procesu a jeho vyhodnocení …..........................................58 6.4.3.1 Výpis z rozhodnutí o povolení k nakládání s vodami …........................... 62 6.4.3.2 Výsledky laboratorních rozborů odpadní vody z ČOV …........................ 63 6.4.3.3 Výpočet účinnosti čistírny ....................................................................... 64 7 ZÁVĚR …................................................................................................................ 65 8 PŘEDLED POUŢITÉ LITERATURY …............................................................ 67 9 SEZNAM OBRÁZKŮ …........................................................................................ 68 10 SEZNAM TABULEK …....................................................................................... 69
8
1 ÚVOD Voda je jednou z podmínek existence ţivota na zemi. Vyskytuje se v přírodě v rostlinách, ţivočišných organismech i v těle člověka. Mnoţství vody se spotřebuje při prŧmyslových procesech, v domácnostech a zemědělství. Při těchto činnostech dochází ke znečištění vody rŧznými nebezpečnými látkami a odpady. Vznikají tak odpadní vody, které jsou svedeny do čistíren a mechanicko-biologickým zpŧsobem čištěny. Znečištění vod je zpŧsobeno zejména prŧmyslovou činností, rozpuštěním látek z pŧdy, které se do vody dostávají ze zemědělské činnosti, odpadními vodami z domácností, úniky při nakládání a produkci odpadŧ a také ekologickými haváriemi, při nichţ jde zejména o úniky chemických látek a přípravkŧ. Odpadní vody je nutno čistit. Tento proces probíhá v rŧzných typech čistíren odpadních vod, z nichţ nejvíce rozšířené jsou biologické čistírny s mechanickým předčištěním. Zde dochází k úplnému odstranění nebo limitnímu sníţení koncentrace znečištění a voda se vrací zpátky, většinou do povrchových tokŧ, recipientŧ.
2 CÍL BAKALÁŘSKÉ PRÁCE Cílem mé bakalářské práce bylo vyhodnocení provozu městské mechanicko-biologické čistírny odpadních vod ve Šternberku u Olomouce. Čistírna zpracovává odpadní vody splaškové, prŧmyslové a dešťové, které přitékají stokovou sítí města Šternberk, do které jsou napojeny i odpadní vody integrované obce Krakořice a přilehlých obcí Babice, Luţice a Hlásnice. Při výpočtech účinnosti čistírny jsem vycházela z koncentrací znečištění vybraných základních ukazatelŧ u odpadní vody přitékající do čistírny a vyčištěné vody na odtoku do recipientu řeky Sitky. Výsledné hodnoty jsem porovnala s emisními standardy dle Nařízení vlády č. 23/2011 Sb., ve znění ostatních předpisŧ.
3 ZÁKLADNÍ LEGISLATIVNÍ POŢADAVKY Patří sem směrnice Evropského společenství týkající se zejména čištění městských odpadních vod a zákony, vyhlášky a nařízení vlády České republiky zaměřené na podzemní, povrchové a odpadní vody. Všechny tyto vodohospodářské předpisy jsou vypracované nebo upravené v souladu s nařízeními a směrnicemi Rady Evropské unie.
9
3.1 Směrnice rady 91/271/EHS Tato směrnice Rady Evropské unie, o čištění městských odpadních vod, je zaměřena na sběr a čištění městských splaškových a prŧmyslových vod. Za městské odpadní vody jsou touto směrnicí povaţovány splašky nebo směs splaškŧ (z bytové zástavby a městských sluţeb, které jsou produkty lidského metabolismu a činností v domácnostech), prŧmyslové odpadní vody (z řemeslné nebo prŧmyslové činnosti) a vody dešťové. Ve státech Evropské unie postupně dochází k vybudování kanalizací a čistíren odpadních vod ve městech a obcích. Česká republika měla na tuto povinnost tzv. přechodné období, které skončilo 31. 12. 2010. Nyní by měly všechny obce a města nad 2000 EO a prŧmyslové zdroje nad 4000 EO mít dokončenou a provozovanou kanalizaci a čistírnu odpadních vod s biologickým stupněm čištění. Voda vypouštěná z čistírny odpadních vod má podle směrnice stanovené maximální limity zbytkového znečištění, určen systém odběru vzorkŧ, jeho počet za rok a provádění kontroly. Limity jsou závazné pro jednotlivé státy Evropské unie.
3.2 Zákon o vodách 254/2001 Sb., vodní zákon Nejdŧleţitějším právním nástrojem na ochranu vod je zákon č. 254/2001 Sb., o vodách (vodní zákon), ve znění pozdějších předpisŧ. Účelem tohoto zákona je chránit povrchové a podzemní vody, stanovit podmínky pro hospodárné vyuţívání vodních zdrojŧ a pro zachování i zlepšení jakosti povrchových a podzemních vod. Zákon upravuje právní vztahy k povrchovým a podzemním vodám, vztahy fyzických a právnických osob k vyuţívání povrchových a podzemních vod, jakoţ i vztahy k pozemkŧm a stavbám, s nimiţ výskyt těchto vod přímo souvisí. Dŧleţitý je pojem závadné látky, který se dotýká zejména odpadních vod, kde se často v rŧzné koncentraci tyto látky vyskytují. Závadné látky jsou látky, které mohou ohrozit jakost povrchových nebo podzemních vod. Zákon ukládá povinnost, aby ten, kdo zachází se závadnými látkami, učinil přiměřená opatření, aby tyto nebezpečné látky nevnikly do povrchových nebo podzemních vod a neohrozily kvalitu vodního toku a okolního prostředí. Účel zákona je v souladu s legislativou Evropského společenství v oblasti kvality vod, tj. směrnice Evropského parlamentu a Rady 2000/60/ES.
10
3.3 Zákon č. 274/2001 Sb., o vodovodech a kanalizacích Tento zákon o vodovodech a kanalizacích pro veřejnou potřebu, ve znění pozdějších předpisŧ, se týká provozu vodovodŧ a kanalizací a jejich přípojek, jejichţ prŧměrná produkce za den je větší jak 10 m3 nebo vodovod či kanalizaci vyuţívá více jak 50 lidí. Provozování vodovodŧ nebo kanalizací je soubor činností, kterými se zajišťuje dodávka pitné vody nebo odvádění a čištění odpadních vod. Rozumí se tím zejména dodrţování technologických postupŧ při odběru, úpravě a dopravě pitné vody, včetně manipulací, odvádění, čištění a vypouštění odpadních vod a dodrţování provozních nebo manipulačních řádŧ čistíren odpadních vod a kanalizačního řádu, vedení provozní dokumentace provozu čistíren a kanalizací a dohled nad provozem vodovodŧ a kanalizací.
3.4 Nařízení vlády č. 23/2011 Sb. Mění nařízení vlády č. 61/2003 Sb., ve znění nařízení vlády č. 229/2007 Sb., o ukazatelích a hodnotách přípustného znečištění povrchových a odpadních vod a náleţitostech povolení k vypouštění odpadních vod do vod povrchových a do kanalizací a o citlivých oblastech. Uvádí nejlepší dostupné technologie v oblasti čištění odpadních vod ve městech a obcích. Vodoprávní úřad stanoví v povolení k vypouštění odpadních vod do vod povrchových emisní limity. Nařízení vlády č. 23/2011 Sb. je v souladu s ustanovením právních předpisŧ Evropského společenství a nabylo účinnosti dne 4. března 2011. Ukazatele předkládané v nařízení vyjadřují stav vody ve vodním toku a hodnoty přípustného znečištění povrchových a odpadních vod. Dále určují hodnoty přípustného znečištění odpadních vod pro citlivé oblasti a pro vypouštění odpadních vod do vod povrchových ovlivňujících kvalitu vody v těchto oblastech. Z hlediska vod povrchových stanoví ukazatele a hodnoty přípustného znečištění pro zdroje povrchových vod, které jsou vyuţívány nebo u nichţ se předpokládá jejich vyuţití jako zdroje pitné vody nebo které jsou vhodné pro ţivot a reprodukci pŧvodních druhŧ ryb a dalších vodních ţivočichŧ nebo jsou vyuţívány ke koupání osob. Z pohledu odpadních vod stanovuje náleţitosti a podmínky povolení k vypouštění odpadních vod do vod povrchových a kanalizace a seznam nebezpečných látek a zároveň v souladu s právem Evropské unie vymezuje citlivé oblasti.
11
3.5 Vyhláška MŢP ČR 293/2002 Sb. Vyhláška je zaměřena na poplatky za vypouštění odpadních vod do vod povrchových. Vymezuje zdroje znečišťování spojené s odpadními vodami, popisuje postup pro určování znečištění obsaţeného v odpadních vodách, zahrnuje odběr vzorkŧ, jejich úpravu, rozbory vzorkŧ a vyhodnocení výsledkŧ těchto rozborŧ. Dále určuje poţadavky na zpŧsobilost oprávněných laboratoří, kontrolních laboratoří a měřících skupin k provádění rozborŧ ke zjištění koncentrace znečišťujících látek v odpadních vodách a pro kontrolu správnosti měření objemu vypouštěných odpadních vod. Vyhláška také určuje zpŧsob sledování znečištění odpadních vod a měření objemu vypouštěných odpadních vod, provádění odečtŧ mnoţství znečištění a v příloze předkládá vzor poplatkového hlášení a vzor poplatkového přiznání o nakládání s odpadními vodami za příslušný kalendářní rok.
3.6 Legislativa při výstavbě a provozu ČOV 3.6.1 Rozhodnutí o umístění stavby Na základě ţádosti o vydání rozhodnutí o umístění stavby oznámí stavební úřad zahájení územního řízení všem známým účastníkŧm řízení a dotčeným orgánŧm. Ţádost o umístění stavby posoudí příslušný městský, případně krajský úřad, odbor ţivotního prostředí jako stavební úřad příslušný podle § 13, odst. 1 písm. f) zákona č. 183/2006 Sb., o územním plánování a stavebním řádu (stavební zákon). Ţadatel předloţí vyjádření správce povodí a příslušné zemědělské vodohospodářské správy. V rozhodnutí příslušného úřadu je popsáno, co všechno příslušná stavba obsahuje, tj. vlastní čistírna odpadních vod, splašková gravitační kanalizace s uvedením druhu potrubí, celkové délky, umístění a počet šachet, inţenýrské sítě apod. Toto rozhodnutí má podle § 93, odst. 1, stavebního zákona platnost 2 roky. Podmínky rozhodnutí o umístění stavby platí po celou dobu trvání výstavby vodohospodářského díla, tedy čistírny odpadních vod. 3.6.2 Stavební povolení ČOV a povolení k nakládání s vodami Čistírna odpadních vod je dle zákona č. 254/2001 Sb., o vodách, vodním dílem umoţňující nakládání s vodami, tj. vypouštění odpadních vod do vod povrchových nebo
12
podzemních. K provedení stavby vodního díla je třeba stavební povolení. Současně s povolením stavby se povoluje nakládání s vodami, spočívající ve vypouštění odpadních vod do vod povrchových nebo podzemních. Obě moţnosti vypouštění odpadních vod upravuje § 38 zákona č. 254/2001 Sb., o vodách. Vypouštění odpadních vod do vod podzemních lze povolit jen výjimečně u jednotlivých staveb na základě individuálního posouzení jejich vlivu na jakost podzemních vod. Při povolování vypouštění odpadních vod do vod povrchových stanoví vodoprávní úřad nejvyšší přípustné hodnoty znečištění a jejich mnoţství. Přitom je vázán ukazateli vyjadřujícími stav vody ve vodním toku, ukazateli a hodnotami přípustného znečištění povrchových vod a ukazateli a přípustnými hodnotami znečištění odpadních vod. Rozhodnutí o povolení k nakládání s vodami a o povolení stavby je vydáváno vodoprávním úřadem podle ustanovení § 104 odst. 2 písm. d) a § 107 písm. k) a písm. h) zákona č. 254/2001 Sb., o vodách. Povolení k vypouštění odpadních vod do vod povrchových se vydává na dobu 10 let, vyskytují-li se v odpadních vodách látky nebezpečného charakteru, např. látky ropného pŧvodu, je povolení platné na 4 roky. Stavební povolení pozbývá platnosti, jestliţe do 2 let ode dne, kdy nabylo právní moci nebude stavba zahájena, coţ řeší § 74 správního řádu. 3.6.3 Zkušební provoz čistírny odpadních vod Zkušební provoz povoluje příslušný vodohospodářský úřad podle ustanovení § 104 odst. 2 písm. d) a § 107 písm. j) zákona č. 254/2001 Sb., o vodách. V tomto povolení, které se vydává většinou na období 1 roku, je uvedeno mnoţství vypouštěných odpadních vod a jejich kvalita, která je daná předepsanými limity přípustné koncentrace značené „p“ a hodnotami maximální koncentrace značené „m“. Hodnota maximální koncentrace nesmí být nikdy překročena. Dále stanoví vodohospodářský úřad podmínky zkušebního provozu. Mnoţství vypouštěných odpadních vod z ČOV a jejich měření a záznamy pro vyhodnocení, místo, četnost a zpŧsob odebírání vzorkŧ a jejich rozbor akreditovanou laboratoří. K termínu ukončení zkušebního provozu pak provozovatel čistírny předloţí vodoprávnímu úřadu a příslušnému správci povodí jeho vyhodnocení s ţádostí o nové povolení k vypouštění odpadních vod z ČOV v trvalém provozu.
13
3.6.4 Kolaudační rozhodnutí Toto rozhodnutí vydává příslušný stavební úřad podle § 117 odst. 1 písm. a) zákona č. 183/2006 Sb. o územním plánování a stavebním řádu (stavební zákon), ve znění pozdějších předpisŧ. V kolaudačním řízení přezkoumá podle § 81 stavebního zákona návrh na vydání kolaudačního rozhodnutí, který podal uţivatel ČOV. Na základě kladného stanoviska tohoto přezkoumání vydá kolaudační rozhodnutí k uţívání stavby. V něm stanoví podmínky pro uţívání čistírny. Stavba smí být uţívána aţ po nabytí právní moci rozhodnutí, tj po uplynutí 15 dní od jeho vydání. 3.6.5 Provozní řád čistírny odpadních vod Povinností provozovatele vodního díla, čistírny odpadních vod, je pro trvalý provoz zařízení předloţit příslušnému vodoprávnímu úřadu zpracovaný provozní řád dle vyhlášky č. 195/2002 Sb. Schválení je rovněţ časově omezené, většinou na stejné období jako povolení provozu čistírny, tzn. Na 4 nebo 10 let a je tedy nutné ho pravidelně aktualizovat a předkládat společně s ţádostí o prodlouţení povolení provozu čistírny. Aktualizace je prováděna rovněţ při kaţdé změně zásadního charakteru, jako je změna podmínek provozu nebo výrobního programu. Kaţdá aktualizace musí být předloţena vodohospodářskému úřadu k novému schválení. S provozním řádem musí být prokazatelně seznámeni všichni pracovníci obsluhy čistírny odpadních vod. S odpady, které vznikají při provozu čistírny, tj. přebytečný kal nebo sedimenty, smí být nakládáno pouze v souladu se zákonem č. 185/2001 Sb., o odpadech. V praxi to znamená, ţe budou odpady předány k likvidaci pouze oprávněné osobě. O zpracování a mnoţství vzniklých odpadŧ musí provozovatel vést řádnou dokladovou evidenci a ukládat ji po dobu 5 let. 3.6.6 Trvalý provoz čistírny odpadních vod Trvalý provoz povoluje svým rozhodnutím, odbor ţivotního prostředí, jako příslušný vodoprávní úřad, který zahájí řízení o povolení k uvedení čistírny do trvalého provozu a současně nařídí na určitý den k předloţené ţádosti ústní jednání spojené s místním šetřením. Účastníci řízení mohou nahlíţet do podkladŧ, jsou oprávněni navrhovat opatření a vyjádřit se k podkladŧm rozhodnutí, popřípadě je doplnit a podat své námitky nejpozději při ústním jednání, jinak k nim nebude přihlédnuto. Ve stejné lhŧtě sdělí svá 14
stanoviska dotčené správní úřady. K uvedení vodního díla, tj. čistírny odpadních vod do trvalého provozu musí ţadatel předloţit vyhodnocení zkušebního provozu čistírny, případně kanalizace a provozní řády pro trvalý provoz ČOV nebo kanalizace. Součástí rozhodnutí o trvalém provozu čistírny odpadních vod je schválení jejího předloţeného provozního řádu.
4 DRUHY ODPADNÍCH VOD Odpadní voda je voda, která vzniká při běţné činnosti v domácnostech a v prŧmyslových podnicích při rŧzných technologických procesech. Tato voda je pak kanalizací přiváděna na městskou čistírnu odpadních vod, kde proběhne čistící proces a vyčištěná voda odteče do příslušného recipientu, tj. potoka či řeky v dané oblasti. Odpadní vody ve městech se svým sloţením liší podle prŧmyslové činnosti a mnoţstvím sráţkových vod v jednotlivých ročních obdobích. Odpadní vody přiváděné do čistíren dělíme podle svého pŧvodu na splaškové, prŧmyslové, dešťové a balastní. Na městské čistírny jsou kanalizací přiváděny v podstatě všechny druhy odpadních vod společně jako městské odpadní vody smíšené.
4.1 Odpadní vody splaškové Jsou to odpadní vody, které pocházejí z domácností, tj. z bytŧ a obytných domŧ. Patří sem také odpadní vody produkované z městských a obecních zařízení, jako jsou úřady, školy, divadla, kina a jiná kulturní a sportovní zařízení, restaurace, hotely apod. Vody z těchto zařízení mají podobný charakter jako vody z domácností. Mnoţství splaškových vod je v podstatě rovno spotřebě pitné vody jednotlivých domácností. Liší se podle vybaveností bytŧ a rodinných domŧ a kolísá v rozmezí 80 – 200 litrŧ denní spotřeby na osobu. Při projektování čistíren se při výpočtech pouţívá mírně zvýšená prŧměrná hodnota specifického mnoţství splaškových odpadních vod qspec 150 litrŧ denní spotřeby na osobu. V současnosti s rostoucími cenami za vodné a stočné klesá u obyvatelstva v rámci šetření spotřeba pitné vody a tím i mírně hodnota specifického mnoţství splaškových odpadních vod qspec. Pro zjištění počtu ekvivalentních obyvatel se jako hodnota specifického znečištění pouţívá hodnota BSK5 60 g produkovaných jedním obyvatelem za den. Hodnota pH splaškových odpadních vod kolísá v rozmezí 6,8 – 7,5. Teplota odpadní vody je velmi dŧleţitá, neboť ovlivňuje biochemické pochody čištění, 15
pohybuje se mezi 10 – 20 °C. Ve splaškových odpadních vodách jsou obsaţené anorganické látky z pitné vody, zejména soli vápníku (Ca2+), hořčíku (Mg2+), sodíku (Na+) a draslíku (K+) ve formě hydrouhličitanŧ (HCO3-), síranŧ (SO2-), chloridŧ (Cl-) a v menší míře také dusičnanŧ (NO3-). Organické látky ve splaškových vodách vznikají produkcí metabolismu člověka a jsou zastoupeny ve formě proteinŧ čili bílkovin, lipidŧ (především tukŧ) a sacharidŧ, které tvoří ve splaškových odpadních vodách největší díl rozpuštěných organických látek. Velký podíl produkce metabolismu člověka připadá na moč, která se z velké části rozkládá na amoniak. Prŧměrné hodnoty koncentrace znečištění, bereme-li specifickou produkci splaškové odpadní vody qspec 150 litrŧ denní spotřeby na osobu je u nerozpuštěných látek (NL) 350 mg.l-1, rozpuštěných látek (RL) 800 mg.l-1, BSK5 400 mg.l-1 a chemická spotřeba kyslíku CHSKCr asi dvojnásobek biologické spotřeby kyslíku, tedy asi 800 mg.l-1. Amoniakální dusík je obsaţen v mnoţství 10 – 50 mg.l-1. Fosfor se do vody dostává z malé části
z metabolismu lidí, ale hlavní část ve formě polyfosfátŧ z pracích
prostředkŧ. Fenoly, které dříve indikovaly přítomnost splaškové odpadní vody jsou v současnosti zanedbatelnou sloţkou jejího znečištění.
4.2 Odpadní vody průmyslové Jedná se o odpadní vody z prŧmyslových podnikŧ, které jsou vypouštěny společně s vodami splaškovými a dešťovými do veřejné kanalizace. Jsou-li prŧmyslové odpadní vody znečištěny látkami ropnými, toxickými, hořlavými nebo výbušnými měly by být čištěny odděleně od vod splaškových na čistírnách prŧmyslových, např. na čistírně zaolejovaných vod a teprve po takovém předčištění přivedeny na dočištění na biologickou čistírnu odpadních vod. Prŧmyslové odpadní vody obsahují odpadní vody ze sociálních zařízení zaměstnancŧ, kuchyní a jídelen, odpadní vody sráţkové svedené z odstavných ploch a budov podniku, odpadní vody technologické vznikající přímo v technologických výrobních nebo opravárenských procesech a pak také odpadní vody chladící. Ty jsou v mnoha případech vráceny zpět do uzavřeného cyklu chladícího procesu. Pro společné čištění se splaškovými odpadními vodami jsou vhodné prŧmyslové vody, které obsahují biologicky rozloţitelné organické látky. K těmto vodám patří
16
zejména odpadní vody z potravinářství, tj. konzerváren, pivovarŧ, mlékáren, sladoven, škrobáren, lihovarŧ, přípravy masných výrobkŧ a koţedělného a textilního prŧmyslu Koncentrace BSK5 u těchto prŧmyslových odpadních vod dosahuje hodnot v rozmezí 1000 – 4000 mg.l-1, u masného prŧmyslu, v jatkách aţ 10 000 – 15 000 mg.l-1. V prŧmyslových odpadních vodách se běţně vyskytují ropné látky, tj. pohonné hmoty, oleje, řezné emulze apod. Nejdŧleţitější sloţkou jsou nepolární extrahovatelné látky, které se jako NEL u těchto odpadních vod stanovují. Z dalších závadných látek, vyskytujících se v prŧmyslových odpadních vodách jsou tenzidy, které jsou obsaţeny v pracích prostředcích. Velmi sledovanou sloţkou jsou těţké kovy, které mají v odpadních vodách stanoveny velmi přísné limity. U zinku je to 2,0 mg.l-1, niklu 1,0 mg.l-1, chromu a mědi 0,5 mg.l-1, arsenu a kadmia 0,2 mg.l-1, a u rtuti 0,005 mg.l-1. Přípustné koncentrace těţkých kovŧ jsou zejména sledovány v čistírenském kalu, který má být pouţitý ke hnojení pŧdy. Prŧmyslová odpadní voda mŧţe být do kanalizace vypuštěna o pH v rozmezí 6,0 – 8,5.
4.3 Odpadní vody sráţkové Vody sráţkové jsou vody odváděné do kanalizačního systému z ulic, střech, veřejných prostranství, parkovišť i nezpevněných ploch. Často podstatně naředí odpadní vody přitékající na čistírny. Většinou jsou odváděny jednotnou kanalizací společně s vodami splaškovými a prŧmyslovými. Dešťovou vodou při deštích nebo v zimě při tání sněhu jsou z povrchu vozovek a parkovišť vozidel splachovány nečistoty, jejichţ koncentrace organického pŧvodu se blíţí znečištění ve splaškových vodách. Další znečištění ve sráţkové vodě je jiţ zanedbatelné. Sráţkové vody musíme proto zachytit, odvést na čistírnu odpadních vod a vyčistit. Při velkých deštích dochází ke splachování pískového podílu z rŧzných ploch, čímţ je více zatěţován pískový usazovák na čistírně. Na jaře odchází při tání sněhu ve sráţkové vodě značné mnoţství solí z posypŧ vozovek, odstavných ploch a chodníkŧ. Zejména se zvýší aţ dvojnásobně obsah chloridŧ.
4.4 Vody balastní Balastní voda je voda z drenáţí nebo podzemní voda, která se trvale dostává do kanalizačního potrubí a to buď proto, ţe byla úmyslně do kanalizace svedena nebo se do ní dostává v dŧsledku netěsností potrubí. Zdroje balastních vod jsou prŧsaky
17
podzemních vod, chladící voda, vsáklá voda do pŧdy, potoky a přepady z vyrovnávacích a zásobních nádrţí. Z minulých dob mohou být do kanalizace přímo svedeny i menší povrchové toky. Balastní voda je málo znečištěná, která trvale zřeďuje splašky a zvyšuje tak objem vody, která přitéká na čistírnu. Ta je těmito vodami nadměrně zatěţována a zvyšují se i náklady čistícího procesu. Balastní voda představuje asi 15 % objemu všech odpadních vod přitékajících na čistírnu. V ţádném případě ale nejde o vody dešťové.
5 VLASTNÍ ČIŠTĚNÍ ODPADNÍCH VOD Nejčastějším typem pouţívaných čistíren odpadních vod je mechanicko-biologická čistírna. Vlastní čištění je rozděleno na mechanické primární čištění, biologické čištění, terciární dočištění a kalové hospodářství.
5.1 Mechanické čištění Při mechanickém neboli primárním čištění jsou odstraňovány hrubé látky, které by mohly negativně ohrozit další části čistícího procesu, zejména by mohly zpŧsobit mechanické závady, případně zanesení objektŧ a zařízení čistírny odpadních vod. Primární mechanické čistění se skládá z lapáku štěrku, česlí, lapáku písku, lapáku tukŧ, usazovací nádrţe a dešťové retenční jímky. 5.1.1 Lapák štěrku Je tvořen hlubší ţelezobetonovou jímkou ve spodní části opatřenou provzdušňovacím roštem. Lapák štěrku je vybaven těţebním zařízením pro odstraňování usazeného štěrku s pískem a přistaveným kontejnerem pro jeho sběr. 5.1.2. Česle Česle dělíme na hrubé, střední a jemné. Hrubé česle jsou umístěny za lapákem písku a jsou většinou ručně stírané. Jsou tvořeny vertikálními nebo nakloněnými ocelovými tyčemi, tzv. česlicemi. Hrubé česle mají šířku prŧlin 80 - 100 mm, střední česle pak 20 - 25 mm. Jemné česle mají prŧliny 2 – 10 mm a jsou vyrobeny z oceli. Většinou jsou na rozdíl od hrubých česlí stírané strojně. Zachycené předměty jsou shrabky a ukládají se do přistaveného kontejneru. Obsahují asi 80 % vody, obsah minerálních látek je asi 15 – 20 %. Lisováním se mŧţe obsah vody sníţit aţ na 40 %. Shrabky jsou zpracovány 18
buď spálením ve spalovnách odpadŧ, uloţeny na skládku nebo kompostovány. Jsou vedeny pod katalogovým číslem 19 08 01 jako ostatní odpad.
Obr. č. 1 Strojně stírané česle 5.1.3 Lapák písku Slouţí k zachycení písku a minerálních částic o velikosti zrn 0,2 – 0,25 mm. Nejvíce vyuţívané pískové lapáky jsou s horizontálním prŧtokem a to komorové a štěrbinové a s vertikálním prŧtokem hlavně vírové a odstředivé. Horizontální lapáky písku jsou konstruovány jako podélné usazovací ţlaby s prostorem pro akumulaci písku. Většinou jsou zabudovány dva a více těchto ţlabŧ, aby se při zvýšeném prŧtoku vody během dne rozloţilo mnoţství vody a dodrţela se tak rychlost prŧtoku v rozmezí 0,15 – 0,4 m.s-1. Těţení písku je prováděno buď ručně nebo čerpadlem, nyní se vyuţívá i moderních fekálních vozŧ, které bez problémŧ usazený pískový podíl odsají. Ve větší míře se však v současnosti projektují u nových moderních čistíren pískové kruhové usazováky vertikální. Přítok odpadní vody za mírného provzdušňování je na dno nádrţe. Voda stoupá vzhŧru, částice písku klesají ke dnu nádrţe a těţí se pomocí tzv. manutky, samonasávacího kalového čerpadla a jsou odváděny k dalšímu zpracování, které spočívá v separaci písku, jeho praní v pračce nebo je ukládán bez další úpravy do kontejneru.
Obr. č. 2 Vertikální lapák písku Podobně pracuje i vírový lapák písku. Splašková voda s obsahem písku je přivedena do
19
prostoru lapáku písku, který má postupně se rozšiřující tangenciálně zaústěný přítokový ţlab, jímţ se přitékající voda v lapáku dostává do šroubovitého vírového pohybu. Částice písku o rozměru větším jak 0,2 mm klesají na střed válcové části lapáku a usazují se. Voda zbavená písku odtéká otvorem ve stěně lapáku do odtokového ţlabu. Písek je z lapáku vytěţen čerpadlem mamutkou a dále je separován nebo zpracován praním.
Obr. č. 3 Vírový lapák písku 5.1.4 Lapák tuků Slouţí k odstraňování látek, jejichţ hustota je menší neţ voda. Patří sem většina ropných látek a tuky. Odlučovače tukŧ jsou vlastně gravitační lapoly. Odpadní voda přitéká do nádrţe kontinuálně, v ní pomocí norných stěn dojde ke zpomalení prŧtoku a částice tuku vyplouvají ke hladině, kde se akumulují a pravidelně stírají do jímky a dále zpracovávají v kalovém hospodářství. Vyčištěná voda odtéká pod nornou stěnou do dalšího čistícího procesu.
Obr. č. 4 Lapák tuku 5.1.5 Usazovací nádrţ Slouţí ke gravitační separaci suspendovaných částic, které jsou přítomny v odpadních vodách. Tento proces je sedimentace, která závisí na velikosti částic, jejich tvaru a také na hustotě kapalné části. Usazovací nádrţ je součástí primárního mechanického čištění odpadních vod. Nádrţe jsou prŧtočné a dělíme je podle tvaru a proudění odpadní vody
20
na kruhové a pravoúhlé s horizontálním prŧtokem, na kruhové s vertikálním prŧtokem a štěrbinové, které mají v dolní části kalový prostor. V něm je kal anaerobně stabilizován, těţí se zpravidla 1 – 2 krát ročně. Usazovací nádrţe jsou vybaveny vtokovým objektem, kde se usměrní a zklidní přítok odpadní vody, odtokovým ţlabem u kruhových nádrţí po celém obvodu a u pravoúhlých usazovacích nádrţí na konci nádrţe a mostovým nebo řetězovým shrabovákem na stírání kalu. Usazovací nádrţe se musí pravidelně odkalovat, protoţe kal obsahující organické látky by v nádrţi zahníval a zhoršoval by kvalitu odtékající odpadní vody. Kal odstraňujeme pomocí kalového čerpadla. 1 – přítok 2 – odtok 3 – shrabovací zařízení 4 – kalová jímka 5 – odvod kalu 6 – norná stěna
Obr. č. 5 Usazovací nádrž 5.1.6 Dešťová zdrţ Slouţí k zachycení a krátkodobé akumulaci dešťové vody. Odpadní voda přitéká z hrubého mechanického předčištění při určitém maximálním prŧtoku do usazovací nádrţe. Je-li tento prŧtok vyšší přepadá voda do dešťové retenční nádrţe, která slouţí i jako nádrţ akumulační. Některé vodní zdrţe mají objem i přes 1000 m3. V dešťové zdrţi dochází k mechanickému čištění odpadní vody sedimentací nerozpuštěných látek. Dojde-li k překročení kapacity dešťové zdrţe přepadává nadbytečná odpadní voda do odtokového ţlabu a přes měrný objekt do příslušného recipientu. Dešťová zdrţ je vybavena pojezdovým mostem se shrabováním, které je po dobu provozu dešťové zdrţe spuštěno. V případě potřeby je moţné dešťovou zdrţ vyuţít jako nádrţ usazovací, zejména při čištění a opravě nebo jiném dŧvodu odstavení usazovací nádrţe z provozu.
21
5.2 Biologické čištění Biologické čištění odpadních vod je v současnosti nejčastějším zpŧsobem čištění. Principem je provzdušňování odpadní vody v aktivační nádrţi, čímţ dojde k namnoţení rozkladných bakterií a tyto bakterie společně se suspendovanými látkami vytvoří aktivační kal. Biologické čištění je zaloţeno na oxidačně-redukčních biochemických pochodech. Rozdělujeme je na oblast aerobní neboli oxickou, tedy za přítomnosti kyslíku, kdy probíhá oxidace organických látek spolu s nitrifikací, dále na anoxickou oblast, kdy není přítomen volně rozpuštěný kyslík, ale oxické sloučeniny dusíku, dusitany a dusičnany, dochází k denitrifikaci. Poslední je oblast anaerobní, bezkyslíkatá, není přítomen ani kyslík ani oxické sloučeniny dusíku, probíhá depolymerace polyfosfátŧ a desulfatace. Nejdŧleţitější jsou tedy v čistírnách odpadních vod aerobní bakterie, které rozkládají organické látky obsaţené ve vodě pŧsobením svých enzymŧ oxidací molekulárním kyslíkem za vzniku kysličníku uhličitého (CO2), vody (H2O) a amoniaku (NH3). Výsledné produkty jsou anorganické látky, jde tedy v podstatě o mineralizaci organického podílu ve vodě. Nejčastějším technologickým zpŧsobem biologického čištění odpadních vod je systém aktivace, která spočívá ve vytvoření aktivovaného kalu za neustálé aerace, čili provzdušňování kyslíkem v aktivační nádrţi. 5.2.1 Aktivační nádrţ V aktivační nádrţi dochází za soustavného provzdušňování k vlastnímu čistícímu procesu, při čemţ je produkován aktivovaný kal. Z aktivace přetéká aktivovaný kal s odpadní vodou do dosazovací nádrţe. V ní se oba podíly oddělí. Čistá voda odtéká z čistírny přes měřící místo do recipientu a sedimentovaný zahuštěný aktivovaný kal se vrací zpátky do aktivační nádrţe. Mnoţství recirkulovaného kalu vracejícího se do aktivace bývá aţ přes 50 %. Aktivovaný kal se však dále tvoří, proto je třeba jeho mnoţství sledovat a nadbytečné mnoţství odstraňovat a zpracovávat v kalovém hospodářství.
22
Obr. 6 Schéma procesů v aktivační nádrži 5.2.1.1 Technologické parametry ovlivňující aktivační proces Pro dobře fungující aktivační proces v aktivační nádrţi je nutné mít aktivovaný kal, který je tvořen dobře flokující a sedimentující vločky. Mezi nejdŧleţitější technologické parametry, které ovlivňují proces v aktivační nádrţi jsou doba zdrţení (Θx), objemové zatíţení (Bv), látkové zatíţení kalu (Bx), stáří kalu (θx), kalový index (KI) a účinnost aktivačního systému (ηAS). ● doba zdrţení (Θx) je poměr objemu aktivační nádrţe k přítoku do aktivace (musíme počítat mnoţství odpadní vody + mnoţství vratného kalu z dosazovací nádrţe). Na účinnost čištění má vliv pouze nízká doba zdrţení, tj. pod 2 hodiny, u čistíren s malým zatíţením je tento vliv velmi malý. Θx = V / Q [h]
V… objem aktivační nádrţe [m3] Q … přítok směsi (Q1+QR) do aktivace [m3.s-1]
● objemové zatíţení (Bv) je hmotnostní mnoţství organických látek, které přitečou do aktivační nádrţe na 1 m3 objemu nádrţe za den. Bv = 24.Q.C / V [kg.m-3 za den]
Q... přítok odpadní vody do aktivace [m3.s-1] C... konc. organ. látek v odpadní vodě [kg.m-3] V... objem aktivační nádrţe [m3]
23
● látkové zatíţení kalu (Bx) je hmotnostní mnoţství organických látek, které přitečou do aktivační nádrţe na 1 kg sušiny kalu za den. Pro městské čistírny je ideální objemové zatíţení kalu do 0,3 kg.kg-1 za den, roste-li objemové zatíţení, klesá z hlediska BSK5 účinnost čistícího procesu. Bx = 24.Q.C / V.X = Bv / X [kg BSK5.kg-1za den ] Bv … objemové zatíţení [kg.m-3za den ] X... konc. celkové sušiny v aktivační nádrţi [kg.m-3] ● stáří kalu (θx) je podíl hmotnosti sušiny kalu v aktivační nádrţi ke hmotnosti sušiny přebytečného kalu a odtékajících nerozpuštěných látek. Stáří kalu je ovlivněno teplotou. Při vyšší teplotě v aktivaci stačí na stejnou účinnost menší mnoţství kalu v aktivaci, coţ odpovídá menšímu stáří kalu. Θx = V.X / PK [dny]
V... objem aktivační nádrţe [m3] X... konc. celkové sušiny kalu v aktivaci [kg.m-3] PK... celková denní produkce kalu [kg]
● kalový index (KI) je definován jako objem, který zaujme jeden kg sušiny kalu po 1800 vteřinách (pŧl hodiny) sedimentace. Kalový index sledujeme pravidelně kaţdý den v laboratoři. Charakterizuje schopnost kalu sedimentovat a zahušťovat se. S vyšším kalovým indexem se zhoršují vlastnosti kalu, zejména klesá sedimentační schopnost. Podle kalového indexu regulujeme procesy biologického čištění odpadní vody. Je-li hodnota KI menší jak 100 ml.g-1 , je rychlost sedimentace vyšší jak 0,6 m za hodinu, při indexu 100 – 200 ml.g-1, pak 0,3 – 0,6 m za hodinu a je-li KI větší neţ 200 ml.g-1, je rychlost sedimentace niţší jak 0,3 m hodinu. KI = V30 / X [ml.g-1]
V30... objem kalu za 1800 vteřin sedimentace (válec 1 litr) X... počáteční koncentrace sušiny kalu [kg.m-3]
● účinnost aktivačního systému (ηAS) ηAS = [(C1 – C2) / C1].100 [%] C1... konc. rozp. + neroz. přitékajícího zneč. [kg.m-3] C2... konc. rozp. + neroz. odtékajícího zneč. [kg.m-3]
● vliv teploty Aktivační nádrţi prospívá teplota v rozmezí 10 – 30 °C. Účinnost čištění se sniţuje pod teplotu 10 °C. Při teplotách nad 25 °C se zvyšuje biologická aktivita kalu v aktivaci. Je 24
to spojeno se zvýšenou spotřebou kyslíku na rozklad kalu a také je velmi nízká rozpustnost kyslíku v aktivační směsi. Výhodou je menší produkce přebytečného kalu, ale nedostatek kyslíku zpŧsobuje jeho horší sedimentaci. ● vliv pH Pro čištění splaškových odpadních vod je ideální pH v rozmezí 7,0 – 7,5; přičemţ aktivovaný kal se přizpŧsobí hodnotám pH 6,0 – 9,0. ● vliv koncentrace rozpuštěného kyslíku Do aktivovaného kalu se rozpuštěný kyslík dostává difúzí. Provozní koncentrace, při které není omezena rychlost spotřeby kyslíku přítomnými organismy se pohybuje v hodnotách 0,6 – 2,5 mg.l-1 a je závislá na velikosti vloček kalu (optimální je rozměr 50 – 500 μm). ● vliv nutrientŧ Čistící proces je ovlivněn nutriční nevyváţeností přitékající odpadní vody. To je hlavně zpŧsobeno sníţeným mnoţstvím makrobiogenních prvkŧ dusíku a fosforu. Potřebné mnoţství je přibliţně dáno vztahem BSK5 : N : P = 100 : 5 : 1. Při čistících procesem s malým zatíţením je potřebné mnoţství dusíku a fosforu niţší. Při běţném sloţení splaškových městských odpadních vod je tato bilance vyváţená. ● vliv nerozpuštěných látek Nerozpuštěné látky v aktivaci koagulují a absorbují na vločky aktivovaného kalu a odchází z čistícího procesu spolu s vyčištěnou odpadní vodou z čistírny. Mnoţství je ovlivněno mírou stabilizace a hlavně mineralizací aktivovaného kalu. Kvalita vyčištěné odpadní vody je tedy na odtoku ovlivněna mnoţstvím vloček kalu, které odchází z dosazovací nádrţe do recipientu. 5.2.2 Dosazovací nádrţ Hlavními funkcemi dosazovací nádrţe je separace aktivovaného kalu od vyčištěné vody, zahuštění separovaného kalu tak, aby mohl recirkulovat a akumulovat jej, aby v případě vyplavování aktivovaného kalu z aktivační nádrţe, např. při velkých deštích, mohl být do aktivace doplňován. 25
Faktory, které ovlivňují správný provoz dosazovací nádrţe je hydraulické zatíţení, vnitřní vybavení nádrţe, vlastnosti aktivovaného kalu, tvar nádrţe a také místní podmínky, tj. vliv větru, vlnění hladiny a změna teploty a vzduchu. Nejdŧleţitější jsou však prŧtok odpadní vody, čili hydraulické zatíţení, tj. plocha dosazovací nádrţe, hloubka nádrţe u stěny apod. a vlastnosti aktivovaného kalu, coţ je koncentrace sušiny, flokulační, sedimentační a zahušťovací charakteristika. Dosazovací nádrţ musí být dimenzována tak, aby při deštích nevystoupila hladina kalu tak vysoko, ţe by docházelo k nadměrnému úniku kalu do odtokové vody z čistírny. Odvod kalu z dosazovací nádrţe je prováděn buď čerpáním z kalové prohlubně, odčerpáváním z pojezdového mostu nebo stahováním kalu ze dna nádrţe a následným odčerpáním. Dosazovací nádrţ při správné funkci zabezpečuje co nejmenší odtok nerozpuštěných látek z biologického systému. K separaci biologického kalu při čištění odpadních vod se v současnosti pouţívají tři základní typy dosazovacích nádrţí. Kruhové nádrţe s radiálním prŧtokem, pravoúhlé s horizontálním prŧtokem a dosazovací nádrţe s vertikálním prŧtokem. 1 – Přítok 2 – Uklidňovací válec 3 – Odtokový ţlab 4 – Shrabovací zařízení 5 – Kalová jímka 6 – Odvod kalu
Obr. č. 7 Dosazovací nádrţ
5.3 Terciární dočištění 5.3.1 Odstraňování organických látek Organické látky, které jsou rozpuštěné v odpadní vodě tvoří její hlavní znečištění. Jsou rozštěpené na nízkomolekulární látky, z nichţ část je biochemickou cestou oxidována. Suspendované a koloidní látky jsou odstraňovány koagulací a sorpcí na vločkách aktivovaného kalu. Část těchto látek se enzymaticky rozštěpí a ty látky, které jsou inertního charakteru zŧstávají ve vločkách kalu. Organické látky obsaţené v odpadní vodě se stanovují jako suma všech organických látek, na jejichţ oxidaci bylo třeba kyslíku. Tato hodnota je CHSKCr. Jde o chemickou 26
oxidaci organických látek dichromanem draselným (K2Cr2O7) v prostředí kyseliny sírové (H2SO4). BSK5 je biochemická spotřeba kyslíku spotřebovaného mikroorganismy při biochemických pochodech na rozklad organických látek ve vodě při aerobních podmínkách za dobu pěti dní. BSK5 odpovídá asi poloviční hodnotě CHSKCr. 5.3.2 Odstraňování nutrientů Nutrienty jsou minerální ţiviny nutné pro rŧst mikroorganismŧ. Hlavními nutrienty jsou makrobiogenní prvky dusík (N) a fosfor (P). Jsou přítomny ve všech odpadních, povrchových i podzemních vodách. Podílí se na všech biologických procesech čištění odpadní vody. Jsou tedy dŧleţitou součástí i biologického čištění splaškových odpadních vod. Zvýšené mnoţství nutrientŧ při čistícím procesu odpadních vod však pŧsobí rŧzné problémy, jako je toxický účinek nedisociovaného amoniaku (NH3) nebo zvýšený obsah dusičnanŧ v pitné vodě, odkud se dostávají i do vod odpadních. Koncentrace hlavních nutrientŧ dusíku a fosforu v odpadních vodách je ideální v poměru BSK5 : N : P = 100 : 5 : 1. Většina odpadních vod však obsahuje větší mnoţství nutrientŧ. Odstraňují se pak do výše uvedeného poměru. 5.3.2.1 Odstraňování dusíku Dusíkaté organické látky se mikrobiologickou činností rozkládají za uvolňování amoniakálního dusíku, jde o tzv. disimilaci. Amoniakální dusík se stává pro organismy zdrojem pro novou syntézu biomasy. Tento proces se nazývá asimilace. V odpadních vodách pak proběhnou dva biochemické děje a to nitrifikace a denitrifikace. ● Nitrifikace Je biochemická oxidace amoniakálního dusíku, která probíhá ve dvou stupních. První stupeň je nitritace, oxidace na dusitany podle chemické rovnice: 2 NH3 + 3 O2 → 2 NO2- + 2 H+ + 2 H2O Druhý stupeň je nitratace a probíhá oxidace dusitanŧ na dusičnany: 2 NO2- + O2 → 2 NO3Nitrifikační bakterie se mnoţí s rostoucí teplotou, tím roste i mnoţství dusičnanŧ, v zimních měsících rŧst klesá. Nitrifikace probíhá v aerobním neboli oxickém prostředí za přístupu vzdušného kyslíku a při optimálním pH 7,0 – 8,5. 27
● Denitrifikace Je biochemická redukce dusičnanŧ vzniklých při nitrifikaci na oxidy dusíku (obecně značené NOx) a elementární dusík, který je odváděn do ovzduší a tím z vody odstraňován. Denitrifikace následuje bezprostředně po nitrifikaci, aby došlo k odstranění dusičnanŧ, jakoţto konečného produktu nitrifikace. Denitrifikace probíhá v anaerobním neboli anoxickém prostředí a při optimálním pH 6,0 – 9,0. Reakci znázorňuje chemická rovnice: NO3- → NO2- → NO → N2O → N2 5.3.2.2 Odstraňování fosforu Fosfor se vyskytuje v odpadní vodě v několika formách. Základní rozdělení je na fosfor rozpuštěný a nerozpuštěný a na organicky vázaný a anorganicky vázaný ve formě orthofosforečnanŧ a polyfosforečnanŧ. Do odpadních vod se fosfor dostává hlavně z fosforečných hnojiv ze zemědělské pŧdy při deštích a ze splaškových vod z domácností z pracích prostředkŧ. ● Biologické odstraňování fosforu Je metoda, kdy organismy aktivovaného kalu mohou akumulovat fosfor ve formě polyfosfátŧ. Ty jsou pak odváděny v nadbytečném kalu do kalového hospodářství k dalšímu zpracování. Při biologickém odstraňování fosforu se do přebytku kalu dostává aţ 8 % fosforu. Na dobře fungující biologické čistírně obsahuje sušina ve zpracovaném kalu kolem 2 % fosforu. ● Chemické odstraňování fosforu Biologicky většinou obsah fosforu v odpadní vodě na poţadovanou mez nesníţíme. Pouţijeme chemickou sráţecí metodu, při čemţ dochází k převodu rozpustného anorganického fosforu na velmi málo rozpustné fosforečnany kovŧ za současného vzniku kovových hydroxidŧ. Vzniká vločkovitá sraţenina s obsahem fosforečnanu. Tento proces je koagulace a chemické látky pro sráţecí reakce jsou koagulanty. Pouţívají se soli ţeleza, jako síran ţelezitý Fe2(SO4)3, chlorid ţelezitý FeCl3, nebo síran ţeleznatý FeSO4 nebo soli hliníku, jako síran hlinitý Al2(SO4)3.14 H2O, chlorid hlinitý AlCl3, apod. Méně často se pouţívá vápno, jako hydroxid vápenatý Ca(OH)2. Sráţení je komplikovaná reakce, podle druhŧ látek obsaţených v odpadní vodě vzniká směs 28
rŧzných sraţenin. Sráţecí reakce při pouţití ţelezitých solí probíhají při optimálním pH 4,0 – 8,0 podle chemických rovnic: Fe3+ + PO43- → FePO4 Fe3+ + 3 H2O → Fe(OH)3 + 3 H+ Proces sráţení je rozdělen do tří stupňŧ. Směšovací stupeň, kdy se dávkuje chemikálie za současného míchání, druhý stupeň je vlastní sráţení fosforečnanŧ, koagulace a flokulace vloček a ve třetím stupni dochází k sedimentaci, případné filtraci.
5.4 Kalové hospodářství Podle toho, kde a za jakých okolností kal na čistírně odpadních vod vzniká, rozlišujeme kal primární, který vzniká za hrubým předčištěním v usazovací nádrţi, sekundární, jako přebytečný kal v dosazovací nádrţi a terciární je kal chemický jako produkt sráţecích reakcí, zejména při sniţování fosforu ve vyčištěné vodě. Sloţení chemického kalu je určeno podle toho jaké metody a chemikálie ke sráţení pouţijeme. Kal tvoří asi 2 % objemu čištěných odpadních vod. Kal obsahuje látky rozpuštěné, koloidní a suspendované, které u většiny čistírenských kalŧ převládají a velké mnoţství vody. Zpracování spočívá v zahuštění, stabilizaci, hygienizaci, odvodnění a v konečné fázi uloţení na skládku, spálení nebo vyuţití na zemědělské pŧdě. 5.4.1 Zahuštění kalu Jde o první část zpracování kalu na čistírnách odpadních vod. Dochází ke sníţení objemového mnoţství kalu, hlavně proto, ţe se v této fázi odstraní část volné vody. Po zahuštění je obsah sušiny v kalu 3,5 – 6 %, kal má tekutou konzistenci a lze jej v další části čistícího procesu běţně čerpat kalovým čerpadlem. Zahušťování je prováděno gravitačně, tj. sedimentací a strojově v odstředivkách nebo rŧzných typech zahušťovacích zařízení. Sedimentací probíhá zahušťování u primárního surového kalu v usazovacích nádrţích. U sekundárního, tedy přebytečného aktivovaného kalu, jsou sedimentační vlastnosti horší, proto se k zahuštění vyuţívá vyhnívací nádrţ. Odstřeďováním nebo tlakovou flotací zahušťujeme kal v odstředivkách, sítovou filtrací na pásových, šnekových a štěrbinových zahušťovacích zařízeních. Účinnost na strojních zahušťovačích zvýšíme pouţitím makromolekulárních flokulantŧ, coţ se 29
projeví zvýšením nákladŧ. Dosaţené % sušiny v kalu je rŧzné, podle pouţité metody zahušťování. Při prosté sedimentaci kolísá od 2,5 do 6,5 %, při tlakové flotaci za pouţití flokulantu dosahujeme aţ 18 % sušiny v kalu. Takový kal téměř nelze dopravovat pomocí kalového čerpadla.
5.4.2 Stabilizace kalu Jde o takový stav kalu, kdy v něm jiţ neprobíhají biologické pochody a hlavně kal nepodléhá samovolnému rozkladu. Stabilizovaný kal je hygienicky nezávadný, bez pachu a jde z něj velmi dobře oddělit voda. Nejčastější zpŧsob stabilizace kalu je anaerobní, bez přístupu vzduchu, který nazývá metanizace neboli vyhnívání. Probíhá bez kyslíku a prostřednictvím organismŧ dochází k biologickému rozkladu biologicky rozloţitelných organických látek obsaţených v kalu. Tato stabilizace probíhá postupně ve čtyřech na sebe závislých fázích, kdy dochází k postupnému rozkladu organických látek aţ na výsledný oxid uhličitý (CO2) a metan (CH4). Stabilizací kalu se sniţuje obsah organických látek o 45 – 65 %, přičemţ podíl anorganického pŧvodu se nemění. Při prŧměrném zatíţení metanizace je ideální teplota 30 – 35 °C, pH 6,8 – 7,4 a doba zdrţení kalu 20 – 30 dní. Jako vedlejší produkt stabilizace kalu metanizací jsou kalová voda, která odchází zpět do čistícího procesu a bioplyn, směs metanu a oxidu uhličitého (CH4 + CO2). Zpŧsob stabilizace kalu v aerobních podmínkách se vyuţívá u nízkozátěţových čistíren a většinou probíhá přímo v aktivaci. V takovém případě není v čistírně zařazena usazovací nádrţ. Další zpŧsob stabilizace kalu je chemická metoda. Pouţívá se přídavek vápna, buď oxidu vápenatého, nebo hydroxidu vápenatého. Dojde ke zvýšení pH aţ na stupeň 12, ke zvýšení teploty kalu na 50 – 80 °C a přitom ke zničení všech patogenních bakterií a virŧ. Dávka hydroxidu vápenatého je 100 g na 1 kg sušiny v kalu. Tím dochází také k částečné hygienizaci kalu.
30
5.4.3 Hygienizace kalu Probíhá při chemické stabilizaci kalu, kdy se vyuţije vysoké pH = 12 a teplota aţ 80 °C. Vysoká teplota se vyuţívá při hygienizaci kalu tzv. pasterizací, kdy je kal na krátkou dobu, ale minimálně na 30 minut, zahřátý na 70 °C. Pasterizace se kombinuje s anaerobní stabilizací kalu. Při pasterizaci dojde ke zničení patogenních organismŧ, jako jsou salmonella, koliformní bakterie, enterokoky a enteroviry. Ve stabilizovaném kalu jsou v rŧzné míře ještě přítomny mikroorganismy jako psychofilní, mezofilní a termofilní bakterie, viry, houby a jejich spory a toxiny, kvasinky, červi, roztoči a jejich zárodky. Hygienizací tyto organismy odstraníme nebo alespoň sníţíme mnoţství na potřebnou limitní hranici. Hygienizace kalu je v podstatě jeho desinfekce. 5.4.4 Odvodnění kalu Je to technologie, která podstatně sníţí obsah vody v kalu a tím i celého jeho objemu. Odvodněním dosahujeme hodnotu sušiny v kalu aţ přes 20 %. Kal je pevného stavu a rýpatelné konzistence. Odvodnění probíhá přirozenou cestou nebo pomocí strojního zařízení. Odvodnění přirozenou cestou na kalových polích nebo kalových lagunách je jiţ málo vyuţívané, u velkých čistíren zabírají příliš velké plochy a nevýhodou je také dlouhá doba takového odvodnění. Zejména městské čistírny s větším zatíţením vyuţívají k odvodnění rŧzných strojních zařízení. Strojní odvodňování kalu je na čistírnách prováděno několika zpŧsoby. Nejrozšířenější je odvodnění kalu na principu vyuţití filtračních materiálŧ, tj. na sítopásových lisech a kalolisech neboli tlakových komorových lisech a na principu odstřeďování na dekantačních odstředivkách. Pásové lisy pracují kontinuálně. Princip funkce spočívá na filtraci kalu mezi dvěma nekonečnými pásovými síty. Šířka síta na čistírnách odpadních vod nejvíce pouţívaná je 1500 – 2000 mm. Odvodňovaný kal se před vstupem na síto lisu upravuje přídavkem makromolekulárního sráţecího prostředku, flokulantu. Dosáhne se tak vyššího zrna kalu a filtrace je pak velmi účinná. Upravený kal prochází mezi filtračními síty a postupným stlačováním se vytváří tzv. filtrační koláč, který je stírán na pásový dopravník a dopravuje se aţ do kontejneru nebo na další dosušení. Síta jsou čištěna pravidelným
31
ostřikem tlakovou vodou. Pásové lisy se vyuţívají pro svou ekonomickou náročnost u větších čistíren odpadních vod
Obr. č. 8 Schéma pásového sítového lisu Tlakové komorové kalolisy jsou filtry, které pracují na principu tlakové filtrace s přerušovaným provozem. Kalolis je tvořen mnoţstvím filtračních desek obalených filtračními plachetkami. Do vzniklých mezer mezi plachetkami se napouští kal upravený flokulantem a po spuštění tlakování, o síle aţ 1,6 MPa, dochází ke stlačení komor. Vytlačená voda, filtrát, je odváděna a v komorách mezi plachetkami zŧstává odvodněný kal, který po uvolnění tlaku, jako filtrační koláč odpadá. Obsah sušiny v odvodněném kalu je 35 – 45 %. Kalolis se po kaţdém cyklu, tj. asi po 3 hodinách, musí očistit vodou.
Obr. č. 9 Komorový kalolis Dekantační odstředivky pracují na principu separace pevných částic a rozdílné hustoty vody a odvodňovaného kalu. Suspenze je přiváděna do rotujícího bubnu a pomocí
32
odstředivé síly jsou těţší pevné částice usazovány na vnější části bubnu zakončené kuţelovitou částí. S bubnem s mnohem menšími otáčkami se otáčí i vestavěný šnek, který zahuštěný kal sune ke dnu bubnu, filtrát odchází otvory v horní části odstředivky. Odvodnění kalu na odstředivkách mŧţe probíhat i bez pouţití flokulantu. Pouţije-li se flokulant, je účinnost odvodnění velmi vysoká. Obsah sušiny v odvodněném kalu je 20 – 25 %, provoz je kontinuální. 5.4.5 Vyuţití kalu Kal po stabilizaci a odvodnění je z čistírny odváţen k dalšímu zpracování nebo zneškodnění. Nejlepší řešení je jeho přímé vyuţití na zemědělské pŧdě, bez úprav jako hnojiva nebo jako přísady do prŧmyslových kompostŧ. Kal obsahuje asi 2 – 4 % dusíku a zhruba poloviční mnoţství fosforu. Obsahuje-li ovšem kal příměsi těţkých kovŧ jako jsou kadmium (Cd), olovo (Pb), chrom (Cr), zinek (Zn) nebo měď (Cu), pak je nutné zneškodnění kalu spálením, nejlépe ve fluidní spalovně nebo uloţením na skládku. Kal z biologických čistíren odpadních vod je evidován pod katalogovým číslem odpadu 19 08 05 jako ostatní odpad.
6 ČIŠTĚNÍ MĚSTSKÝCH ODPADNÍCH VOD VE ŠTERNBERKU 6.1 Základní údaje o městě Šternberk je moravské město v Olomouckém kraji, leţí v regionu střední Moravy 16 km na sever od Olomouce na rozhraní rovinné části Hornomoravského úvalu a nejniţších výběţcích Nízkého Jeseníku o rozloze 48,793 km2 a nadmořské výšce 268 m n. m. První písemná zmínka o Šternberku pochází z roku 1296. Město vzniklo z osady pod hradem Šternberk, střeţícího dŧleţitou křiţovatku obchodních cest. Historické jádro města je jednou z nejcennějších městských památkových zón na Moravě. Památková zóna byla ve Šternberku prohlášena v roce 1991, rozkládá se na 78 ha a nachází se v ní 61 zapsaných kulturních památek. Šternberk byl oceněn titulem Historické město roku 2008. Je obcí s rozšířenou pŧsobností a ţije zde téměř 14 000 obyvatel. Z přilehlých obcí jsou na kanalizaci pro veřejnou potřebu města Šternberka připojeny obce Luţice, Babice, Krakořice a Hlásnice.
33
Obr. č 10 Mapka Šternberka u Olomouce a okolí (zdroj MěÚ Šternberk)
6.2 Kanalizační síť města Veškeré odpadní vody z prŧmyslových podnikŧ, městské vybavenosti (sluţeb) a domácností ve městě Šternberk jsou spolu se sráţkovými vodami a splaškovými vodami z oddílné splaškové stokové sítě přilehlých obcí Luţice, Babice, Krakořice a Hlásnice gravitačně odváděny jednotnou, veřejnou stokovou sítí na městskou biologickou čistírnu odpadních vod. Kanalizace odvádí i dešťové vody z pozemkŧ a lesŧ nad městem. Jde o lokalitu na Valech, pozemky nad ulicí Smetanova a lokalitu Prabába. Stoková síť ve Šternberku je jednotná, tzn., ţe jsou do ní svedeny veškeré vody včetně dešťových. Je dimenzovaná na intenzitu prŧtoku 126 litrŧ.s-1.ha-1. Recipientem pro vypouštění odpadních vod je řeka Sitka a v malé míře řeka Grygava. V současnosti dosahuje kanalizační síť celkové délky 52,487 km a je na ní evidováno 2475 rŧzných kanalizačních přípojek v délce celkem 9 km. Nejstarší část městské kanalizace byla vybudována do roku 1950 hlavně pro odvod vody ze zastavovaných pozemkŧ. Byla to vlastně jen drenáţní a dešťová kanalizace, převáţně zděná z kamenŧ a pálených cihel. Po roce 1950 mělo jiţ budování kanalizačních stok jednotnou koncepci. Tato stoková síť byla postavena z betonových trub a tím je hodně sníţena její ţivotnost.
34
Kapacitou i spádem je dostačující a pouţívá se jí dosud. Jedná se o část sběrače Světlov a Hvězdné Údolí. Třetí období výstavby kanalizační sítě nastalo v roce 1964, kdy bylo zpracováno komplexní řešení celkové kanalizace a vybudování čistírny odpadních vod. Došlo pak k propojení dílčích dříve vybudovaných stok. Podle plánŧ rozvoje města a moţností z hlediska finančních prostředkŧ byl systém stokové sítě postupně doplňován. Poslední etapa, která nastolila současný stav kanalizační sítě ve Šternberku byla dokončena v roce 2010.
6.3 Kanalizační řád města Šternberk Pŧsobnost kanalizačního řádu se vztahuje k vypouštění odpadních vod do stokové sítě kanalizace pro veřejnou potřebu města Šternberka, integrované obce Krakořice a tří přilehlých obcí Babice, Luţice a Hlásnice. Tento kanalizační systém končí přítokem na biologickou čistírnu odpadních vod města Šternberk. Kanalizační řád stanovuje producentŧm podmínky, za kterých mají povoleno vypouštění odpadních vod do kanalizace města. Jsou to určené místo nátoku do kanalizace, maximální moţné mnoţství odpadní vody a přípustné koncentrace znečištění v odpadní vodě. Tyto stanovené podmínky jsou v souladu se zákonem 254/2001 Sb., o vodách a zákonem č. 274/2001 Sb., o vodovodech a kanalizacích pro veřejnou spotřebu. Kanalizační řád určuje jednotlivým znečišťovatelŧm nejvyšší přípustnou míru znečištění a mnoţství vypouštěných vod do veřejné městské kanalizace a stanovuje látky, které nepatří do odpadních vod, a proto nesmí být do kanalizace vypouštěny.
35
Tabulka č. 1 Nejvyšší přípustná míra znečištění u vybraných ukazatelů odpadních vod vypouštěných do kanalizace pro veřejnou potřebu na ČOV ve Šternberku
Název ukazatele Biochemická spotřeba kyslíku Chemická spotřeba kyslíku Reakce vody Rozpuštěné látky Rozpuštěné anorganické soli Nerozpuštěné látky Veškeré ţelezo Veškerý mangan Amoniakální dusík Volný amoniak Dusičnanový dusík Celkový fosfor Chloridy Sírany Nepolární extrahovatelné látky Veškeré kyanidy Rtuť Kadmium Zinek Vanad Stříbro Hliník Polychlorované bifenyly Tenzidy aniontové Tuky a oleje rostliné a ţivočišné Absorbovatelné organ. halogeny Teplota
Symbol
Jednotk a
BSK5 CHSKCr pH RL RAS NL Fe Mn N-NH4+ NH3 N-NO3P ClSO42NEL CNHg Cd Zn V Ag Al PCB PAL-A TO AOX T
mg/l mg/l ----mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l o C
Přípustná míra znečistění s vyústěním do ČOV 420 750 6,5 – 8,5 900 530 400 50 2 25 0,5 50 10 150 80 50 0,2 0,002 0,05 2 0,2 0,3 50 25 50 50 0,1 40
Město se nenachází v ţádném ochranném pásmu povrchových ani podzemních vod. Jen menší část lokality Obora na Rýmařovském kopci leţí v blízkosti ochranného pásma městského vodního zdroje Horní Huť.
36
6.4 Městská čistírna odpadních vod Šternberk u Olomouce Čistírna odpadních vod ve Šternberku leţí na levém břehu řeky Sitky, jihozápadním směrem od bytové zástavby. Je koncipována jako mechanicko-biologická čistírna odpadních vod s projektovanou kapacitou pro 18 000 ekvivalentních obyvatel. Slouţí k čištění odpadních vod města Šternberka a čtyřech okolních obcí, které jsou na kanalizační síť města nově napojeny. Jde o obce Luţice, Babice, Krakořice a Hlásnice. Byla uvedena do provozu v roce 1968, rozšířena v roce 1994 a zmodernizována v roce 2009, kdy byla vybudovaná nízkozátěţová aktivace, která zajišťuje dostatečnou zásobu i stáří aktivovaného kalu, čímţ je umoţněno bez problémŧ čistit odpadní vody i v zimních měsících. Odpadní vody přitékají hlavní kmenovou stokou. Před vtokem na ČOV je vybudován na hlavním přivaděči obtokový objekt s vyústěním do toku řeky Sitky. Přívodní potrubí je dimenzováno na přítok městské odpadní vody o maximálním mnoţství 205 litrŧ za sekundu. Přes lapák štěrku a hrubé česle natéká voda do šnekové čerpací stanice. Do odtoku z této stanice je přiváděna odpadní voda z čerpacích stanic od Luţic a Závodní ulice. Odpadní voda protéká přes jemné česle, kde se zachytí a odstraní drobnější nečistoty a následně v lapáku písku dojde k odstranění jemného písku. Přes rozdělovací šachtu přitéká odpadní voda do kruhové usazovací nádrţe o prŧměru 15 m. Je-li prŧtok větší neţ určené maximum 96 litrŧ za sekundu, přepadá do stejně veliké kruhové dešťové zdrţe. Hlavní objekt biologického stupně čistírny jsou dvě linky oběhové aktivace, kaţdá o objemu 2250 m3, které jsou vybaveny jemnobublinnou aerací. V aktivačních nádrţích dochází i k biologické oxidaci amoniakálního znečištění, tzv. nitrifikaci a k biologické přeměně dusičnanŧ a dusitanŧ aţ na plynný dusík, tedy denitrifikaci. Z aktivační nádrţe odtéká aktivační směs do velké kruhové dosazovací nádrţe, která je prŧměru 27 m. Vratný aktivovaný kal je čerpán zpět do aktivační nádrţe samostatnými čerpadly. Z dosazovací nádrţe odtéká vyčištěná odpadní voda přes rozdělovací objekt do tří dosazovacích nádrţí. V první o prŧměru 27 m, vybudované při modernizaci se zachytí hlavní podíl aktivovaného kalu. Část se ho jako vratného kalu vrátí zpět do aktivační nádrţe a část jako kal přebytečný je odváděn do zahušťovací nádrţe ke stabilizaci. Kal usazený v menších usazovacích nádrţích, první je prŧměru 17,5 m a druhá 21 m, 37
obsahuje zbytek biologického kalu a anorganický podíl hydroxidu ţelezitého a fosforečnanu ţelezitého, vzniklého při odstraňování přebytečného fosforu z odpadní vody chemickou sráţecí metodou síranem ţelezitým. Tento, tzv. chemický kal z obou dosazovacích nádrţí je čerpán šnekovými čerpadly na přítok do čistírny nebo přes usazovací nádrţe se dostane aţ do kalového hospodářství. To je tvořeno dvěma kruhovými vyhnívacími komorami o prŧměru 20 m, stanicí pro přípravu polyflokulantu, pásovým lisem o šířce síta 1500 mm a dopravníkem. Kal je po vylisování uloţen na deponii a následně podle kvality pouţit ke kompostaci nebo uloţen na skládku. Vyčištěná odpadní voda odtéká gravitačně Parshallovým ţlabem přes měrný objekt do recipientu řeky Sitky.
Obr. č. 11 Letecký pohled na ČOV ve Šternberku u Olomouce (zdroj VHS Sitka s.r.o.)
38
6.4.1 Projektované parametry čistírny ● Počet ekvivalentních obyvatel
18 000 EO
● Mnoţství odpadních vod Q24 = 45 l.s-1
Prŧměrný bezdeštný prŧtok
-1
Maximální denní bezdeštný prŧtok
Qd = 52 l.s
Maximální hodinový bezdeštný prŧtok
Qh = 80 l.s-1
Max. přítok odpad. vod do aktiv. za deště
Qmax = 96 l.s-1
Tabulka č. 2 Znečištění přitékajících odpadních vod Znečištění odpadní vody
Mnoţství [mg.l-1]
Denní mnoţství [kg]
Biochemická spotřeba kyslíku (BSK5)
279
1 080
Chemická spotřeba kyslíku (CHSKCr)
558
2 160
Nerozpuštěné látky
256
990
Celkový dusík
51
198
Celkový fosfor
12
45
Tabulka č. 3 Kvalita vody odtékající z ČOV Bilanční hodnoty
Znečištění
p [mg.l-1]
m [mg.l-1]
BSK5
10
30
0,448
38,70
14 130
CHSKCr
75
125
3,359
290,00
105 900
NL
20
40
0,896
77,40
28 250
Ncelk.
15
20
0,672
58,10
21 190
Pcelk.
2
6
0,090
7,74
2 825
[g.s-1]
[kg za den]
[kg za rok]
● Základní údaje o vodním recipientu pro vypouštěné vody z ČOV Recipient
řeka Sitka (zařazena mezi lososové vody)
Číslo hydrologického pořadí
4-10-03-071
Indikátor toku
10100114
Správce toku
Povodí Moravy, s. p.
39
6.4.2 Technologie čištění městských odpadních vod ve Šternberku 6.4.2.1 Hrubé mechanické předčištění Je tvořeno lapákem štěrku s provzdušňováním a vyklízením, jímkou svozových odpadních vod, hrubými česlemi, vstupní šnekovou čerpací stanicí, strojně stíranými jemnými česlemi, šnekovým dopravníkem a lapákem písku. Surová odpadní voda je přiváděna stokou DN 400 do prvního objektu čistírny, lapáku štěrku a jímky sváţených vod, které nejsou napojeny na městskou kanalizaci. Objekt má dvě ţelezobetonové jímky, tvořící jeden monolitický celek. Hlubší jímka je lapák štěrku s provzdušňovacím roštem a zařízením na těţení štěrku s pískem. Druhá jímka svozových vod má přípojku pro fekální vŧz. Po prŧchodu odpadní vody přes lapák štěrku protéká přes hrubé česle s prŧlinami 6 mm do šnekové čerpací stanice, ze které je odpadní voda šnekovými čerpadly čerpána přes strojně stírané jemné česle s prŧlinami 2 mm. Shrabky zachycené na česlích jsou šnekovým dopravníkem přivedeny do připraveného kontejneru. Pak voda protéká jemnými česlemi s prŧlinami 2 mm a přichází do odstředivého lapáku písku. V něm zachycený písek se štěrkem spolu se zbytky odvodněných shrabkŧ je shromaţďován do přistavených kontejnerŧ.
40
. Obr. č. 12 Těžení štěrku s pískem z lapáku štěrku
Obr. č. 13 Kontejner s vytěženým štěrkem a pískem
41
Obr. č. 14 Hrubé česle
Obr. č. 15 Detail jemných česlí
42
Obr. č. 16 Jemné sítové česle
Obr. č. 17 Lapák písku
43
Obr. č. 18 Šneková čerpadla
6.4.2.2 Jemné mechanické předčištění Sestává z rozdělovacího objektu, dvou usazovacích nádrţí, z nichţ jedna je dešťová zdrţ a čerpací stanice primárního kalu. Rozdělovací objekt, který je stavěn na nátok odpadní vody v maximálním prŧtoku 96 litrŧ za sekundu, zajišťuje přítok do usazovací nádrţe. Je-li tento prŧtok vyšší, přepadává odpadní voda do druhé nádrţe, tzv. dešťové zdrţe. Jemné mechanické předčištění spočívá v usazování jemných nečistot v usazovací nádrţi. Běţně je v provozu jen jedna usazovací nádrţ o prŧměru 15 m. Kal se zde zdrţuje menší dobu a nedochází tak k přílišným ztrátám organického substrátu, potřebného v aktivaci pro proces denitrifikace. Usazovací nádrţ je vybavena pojezdem na rozšířené koruně nádrţe, stíráním kalu ze dna a na hladině plovoucích nečistot nornou stěnou a odtokovým ţlabem. Druhá usazovací nádrţ je vyuţívána jako dešťová zdrţ. Nemá odtokový ţlab, ani
44
přepadovou hranu, ani nornou stěnu. Odtok z nádrţe slouţí, hlavně při velkých deštích jako bezpečnostní přepad do recipientu řeky Sitky. Je sveden přes měrný odtokový objekt, kde opouští spolu s vyčištěnou vodou čistírnu. Dojde-li z nějakého dŧvodu k odstávce hlavní usazovací nádrţe, poslouţí po nezbytně nutnou dobu dešťová zdrţ jako usazovací, při čemţ bezpečnostní přepad slouţí jako odvod odsazené vody do aktivace. Do čerpací stanice primárního kalu je přiváděn kal ze dna usazovací nádrţe a ponorným kalovým čerpadlem dávkován do nádrţe stabilizační. Usazovací nádrţ i dešťová zdrţ mají kaţdá objem 385 m3, prŧměr 15 m, hloubku u stěny 2,18 m a plochu 176 m2. Odpadní voda přitékající z usazovací nádrţe do aktivace má tyto hodnoty znečištění: Tabulka č. 4 Znečištění vody přitékající do aktivace po mechanickém předčištění Znečištění
Označení
Denní mnoţství [kg]
Biochemická spotřeba kyslíku za 5 dní
BSK5
806
NL
445
Celkový dusík
Ncelk.
194
Celkový fosfor
Pcelk.
42
Nerozpuštěné látky
Obr. č. 19 Dešťová zdrž
45
Obr. č. 20 Odlehčovací objekt
Obr. č. 21 Usazovací nádrž
46
Porovnáme-li hodnoty se surovou odpadní vodou přiváděnou kanalizací do prvního objektu čistírny, jsou hodnoty u dusíku (N) a fosforu (P) stejné, ale nerozpustné látky (NL) a organické znečištění vyjádřené jako biochemická spotřeba kyslíku za 5 dní (BSK5) jsou výrazné niţší, u nerozpustných látek skoro poloviční. 6.4.2.3 Biologický stupeň čištění Znamená nejdŧleţitější stupeň čištění městských odpadních vod na šternberské mechanicko-biologické čistírně. Je zaloţeno na biologickém čištění aktivovaným kalem, tj. směsí mikroorganismŧ, mimo jiné bakterií, které odstraňují organické a anorganické dusíkaté znečištění. Do biologického stupně mŧţe na městské čistírně ve Šternberku natékat aţ 345 m3 mechanicky předčištěné odpadní vody. Biologický stupeň tvoří rozdělovač aktivační nádrţe, čerpací stanice mechanicky předčištěných odpadních vod a kalŧ, dvě paralelně umístěné linky oběhových aktivačních nádrţí, velká dosazovací nádrţ, místnost s osazenými třemi rotačními dmychadly pro rozvod tlakového vzduchu, další dvě menší dosazovací nádrţe na kal ze sráţecích reakcí při odstraňování fosforu a čerpací stanice vratného kalu. Odpadní voda z mechanického stupně čištění protéká rozdělovačem do dvoulinkové oběhové aktivace o celkovém objemu 4500 m3. Rozdělovač umoţňuje při velkém prŧtoku pomocí přepadového ţlabu obtok biologického stupně čistírny a pomocí ručně ovládaných stavítek usměrnit přítok mechanicky předčištěné odpadní vody do jedné nebo druhé aktivační nádrţe. Rychlost proudění v kaţdé aktivační nádrţi zajišťují dvě ponorná horizontální míchadla s pomalými otáčkami o prŧměru 2,1 m. Kyslík je do aktivace vháněn dmychadly přes rošty, které jsou osazeny prvky jemnobublinného provzdušňování. Zdrojem tlakového vzduchu jsou tři rotační oběhová dmychadla, jejichţ chod je řízen podle mnoţství kyslíku sledovaného sondami instalovanými v kaţdé nádrţi. Dvě čerpadla jsou trvale v provozu, jedno je záloţní, pro případ jejich poruchy nebo údrţby. Dvoulinková aktivace je vybavena několika ponornými kalovými čerpadly pro dopravu kalŧ. Dvě kalová čerpadla slouţí pro přívod mechanicky předčištěných odpadních vod do aktivace, kaţdé má výkon 50 l.s-1. Další dvě ponorná kalová čerpadla jsou na odtoku do dosazovací nádrţe pro vratný a přebytečný kal, kaţdé o výkonu 55 l.s-1. Vratný kal z velké dosazovací nádrţe je čerpán zpět do oběhové aktivace a přebytečný kal do dvou stabilizačních nádrţí samostatnými ponornými kalovými čerpadly o výkonu 4,5 l.s-1. Oběhová aktivace je tvořena dvěma nádrţemi, 47
kaţdá má objem 2250 m3, nádrţe jsou oválné o celkové délce 49,5 m, šířce 5,0 m a hloubce 5,5 m. V aktivačních nádrţích dochází také k odbourávání dusíkatého znečištění odpadní vody. Probíhá ve dvou stupních a dobrá funkce je podmíněna dlouhou dobou zdrţení (aţ 7 dní) aktivační směsi v aerobní části aktivace a hodnotou pH v rozmezí 6,5 – 9,0. První stupeň, tzv. nitrifikace je biologická oxidace amoniakálního dusíku v odpadní vodě, nejdříve na dusík dusitanový (N-NO2-) a potom na dusík dusičnanový (N-NO3-). Mnoţství kyslíku na tyto nitrifikační reakce je potřeba 1,5 – 2,0 mg.l-1. Ve druhém stupni odstraňování dusíkatého znečištění, tzv. denitrifikaci, je potřebné mnoţství kyslíku ve vznosu nejvýše do 0,5 mg.l-1 a dostatečný přísun organického znečištění z odpadní vody. Při reakci denitrifikační mikroorganismy redukují výsledný dusičnanový dusík z nitrifikace přes kysličníky dusíku (obecně značené NOx) aţ na plynný dusík (N2), který uniká do ovzduší. V čistírně odpadních vod ve Šternberku je aktivace oběhová, coţ znamená, ţe v obou aktivačních nádrţích probíhá současně jak nitrifikace, tak denitrifikace. Z nádrţí oběhové aktivace je směs vyčištěné vody a aktivovaného kalu odváděna odtokem přes přepadovou hranu do velké kruhové dosazovací nádrţe o prŧměru 27 m, účinnou plochou 570 m2, při hloubce u stěny 3,65 m má objem 2080 m3. Nádrţ má ve střední části přítoku aktivační směsi flokulační zónu, pro lepší oddělení kalu od čisté vody. Odsazená vyčištěná voda přes pilovou přepadovou hranu přepadává do odtokového ţlabu a teče do dvou menších dosazovacích nádrţí, kde dojde chemickou cestou ke sníţení obsahu fosforu ve vyčištěné vodě. Usazený biologický kal je stíracím zařízením shrabován do středové kalové jímky a odtud je postupně odčerpáván zpět do kalové části aktivace. Plovoucí nečistoty jsou odvedeny zpátky aţ na přítok do čistírny. Z velké dosazovací nádrţe přitékají vyčištěné odpadní vody do dvou menších kruhových usazovacích nádrţí o prŧměru 17 m a 21 m, obě nádrţe mají dohromady uţitnou plochu 551 m2 a celkový objem 1536 m3. V nich dojde sráţecí reakcí ke sníţení obsahu fosforu ve vyčištěné vodě na roční prŧměrné mnoţství 2 mg.l-1. Pro vysráţení fosforu je pomocí dávkovacího zařízení přidáván ze zásobní nádrţe 41 % roztok síranu ţelezitého Fe2(SO4)3. Vzniklý kal je v dosazovacích nádrţích separován. K dostatečné separaci je většinou v provozu jen jedna nádrţ nebo probíhá provoz střídavě pomocí elektricky ovládaných armatur. Síran ţelezitý je dávkován v mnoţství asi 370 litrŧ za
48
den, kdy při dlouhodobém prŧměrném mnoţství fosforu v odpadní vodě 23,5 kg za den, vznikne denně kolem 170 kg kalu. Protoţe při sráţecí reakci dochází ke vzniku sraţenin i z jiných látek přítomných ve vyčištěné odpadní vodě, je výsledné mnoţství kalu větší, s čímţ se musí počítat při finálním zpracovávání čistírenských kalŧ. Chemický kal, tj. sraţenina fosforečnanu ţelezitého s anorganickým podílem směsi hydroxidu ţelezitého a zbytku síranu ţelezitého je ze dna sedimentačních nádrţí sveden do kalového hospodářství nebo aţ do nátokové komory vstupních šnekových čerpadel v objektu česlí a lapáku písku. Odsazená vyčištěná voda z obou menších dosazovacích nádrţí je přes pilovou přepadovou hranu odtokovým
ţlabem
odváděna do měrného
objektu, kde
Parshallovým ţlabem odtéká do řeky Sitky. Na odtokové kanalizaci je nainstalován stacionární vzorkovač vyčištěné vody.
Obr. č. 22 Aktivační nádrž
49
Obr. č. 23 Kalová čerpadla aktivace
Obr. č. 24 Dosazovací nádrž
50
Obr. č. 25 Odtokový žlab z dosazovací nádrže
Obr. č. 26 Pilová hrana dosazovací nádrže
51
Obr. č. 27 Zásobní nádrž síranu železitého Tabulka č. 5 Technologické parametry aktivace Parametr
Označení
Hodnota
Rozměr
Koncentrace aktivovaného kalu v aktivaci
X
3
kg.m-3
Denní objemové zatíţení aktivační nádrţe
Bv
0,174
kg.m-3
Denní zatíţení kalu BSK5
Bx
0,058
kg.kg-1
Celková doba zdrţení při Qd
Θ
24,5
h
Celková zásoba kalu v aktivaci
V.X
13 500
kg
Denní produkce přebytečného kalu
Qw
540
kg
Stáří aktivovaného kalu
Θx
22,5
dnŧ
V aktivační nádrţi musí být stálé mnoţství kalu, které nesmí klesnout pod 2 g.l-1, coţ odpovídá sedimentaci po 30 minutách 150 - 200 ml.l-1. Provozní koncentrace, při níţ aktivace dosahuje nejlepších výsledkŧ jsou 3 – 4 g.l-1, kdy mnoţství po 30 minutách sedimentace má hodnotu 300 – 400 ml.l-1, tj. kalový index KI asi 110 - 120 ml.g-1.
52
6.4.2.4 Kalové hospodářství První fáze zpracování kalŧ produkovaných v čistírně odpadních vod ve Šternberku je jejich stabilizace, následuje odstranění kalové vody a poslední částí kalového hospodářství je odvodnění kalu na pásovém sítovém lisu. Pomocná zařízení jsou uskladňovací nádrţ na kal a strojovna stabilizačních nádrţí. Na stabilizaci kalu jsou v čistírně zabudovány dvě nádrţe. V první dochází k zahuštění kalu a ve druhé k vlastní stabilizaci. Ta probíhá za studena, není tedy spojena s klasickou hygienizací stabilizovaného kalu, která je prováděna zahřátím kalu po dobu 30 minut na teplotu 70 – 80 °C. Přebytečný biologický kal z usazovacích nádrţí a velké dosazovací nádrţe přitéká přes prŧtokoměr do zahušťovací nádrţe neboli kalojemu. Kal je moţno také pomocí armatur a čerpadel vrátit zpět do rozdělovacího objektu aktivace, menších dosazovacích nádrţí nebo aţ na přítok do čistírny. Do kalojemu přitéká dále i směs primárního a chemického kalu ze sráţení fosforu. Mnoţství tohoto kalu je rovněţ měřeno prŧtokoměrem. Zahušťovací i stabilizační nádrţ má prŧměr 20 m, maximální výška hladiny v nádrţích je 6 m, uţitný objem kaţdé nádrţe je 2090 m3 a výška nádrţí nad terénem je asi 5,5 m. Zcezená voda vzniklá při zahušťování kalu v zahušťovací a stabilizační nádrţi se shromaţďuje v nádrţi kalové vody, do níţ odtéká i voda z odvodňování stabilizovaného kalu na sítopásovém lisu. Nádrţ na kalovou vodu má horní a dolní odtok a zařízení na sběr usazeného pevného podílu ze dna. Odtoky odsazené kalové vody jsou napojeny na přítok do čistírny před vstupní šnekovou čerpací stanici. Nádrţ je moţné podle potřeby, např. při čištění, provzdušňovat tlakovým vzduchem. Nádrţ na kalovou vodu má prŧměr 4,8 m a maximální uţitný objem 100 m3. Odvodňování kalu probíhá na lince, která je celá umístěna v budově. Skládá se z přípravny polyflokulantu, vlastního odvodňovacího zařízení, coţ je pásový sítový lis, tlakové stanice technologické vody, kompresorové stanice a pásového dopravníku odvodněného kalu. Odvodňování probíhá přibliţně kaţdé dva měsíce v 16 hodinových denních cyklech po dobu 5 – 8 pracovních dnŧ. Pro lepší flokulaci kalu a oddělení vody se při odvodňování stabilizovaného kalu na pásovém sítovém lisu přidává makromolekulární látka – organický polyflokulant. Ten 53
zpŧsobuje, ţe kal vytváří větší shluky, lepší zrno a lisování je efektivnější. Flokulační stanice má dvě nádrţe. V horní o objemu 1 m3 je dávkovacím šnekem polyflokulant přidáván za neustálého míchání do pitné vody a takto připravený roztok natéká do spodní nádrţe o objemu 2 m3, která slouţí jako akumulační nádrţ a je také vybavena míchadlem. Za stálého míchání je polyflokulant dávkovacím čerpadlem přidáván do potrubí s přitékajícím kalem před lis. Roztoku polyflokulantu připravujeme jen takové mnoţství, aby se spotřebovalo pro daný cyklus lisování, protoţe roztok stárne a jeho schopnosti flokulace se zhoršují. Ideální zásoba je na 2 dny. Vlastní odvodnění probíhá na pásovém lisu, coţ je filtrace kalu mezi dvěma nekonečnými pásovými síty. Šířka sítového pásu na čistírně ve Šternberku je 1500 mm. Upravený kal prochází mezi filtračními síty a postupným stlačováním se vytváří tzv. filtrační koláč, který je stírán na pásový dopravník a dopravuje na místo uskladnění. Síta jsou čištěna pravidelným ostřikem tlakovou vodou. Proces odvodnění kalu probíhá automaticky, od přípravy polyflokulantu, přes dávkování kalu na lis, vlastní lisování, aţ dopravu kalu pásovým dopravníkem. Dojde-li k nějaké poruše na lince, je lisování okamţitě automaticky zastaveno.
Obr. č. 28 Stabilizační nádrž kalu
54
Obr. č. 29 Flokulační stanice
Obr. č. 30 Pásový sítový lis
55
Obr. č. 31 Stírání filtračního koláče
Obr. č. 32 Odvodňování stabilizovaného kalu
56
Obr. č. 33 Pásový dopravník
Obr. č. 34 Skládka kalu
57
6.4.3 Kontrola čistícího procesu Pro kontrolu řádného chodu čistírny odpadních vod ve Šternberku je v areálu vyčleněna laboratorní místnost. Laboratoř je vybavena základními moderními přístroji a slouţí k běţné provozní kontrole chemických a fyzikálních parametrŧ čištěné odpadní vody a správné funkce chemicko-technologických částí čistírenského procesu. Laboratoř nemá akreditaci, slouţí pouze pro potřeby čistírny. Pracovnice laboratoře má oprávnění k odběru vzorkŧ odpadní vody. Odebrané vzorky určené rozhodnutím Krajského úřadu Olomouckého kraje pak odváţí k rozborŧm do akreditované laboratoře. Četnost odběrŧ má šternberská čistírna stanovených minimálně 12 za rok, tj. jednou měsíčně. Typ odebíraného vzorku je tzv. typ B, tj. 24 hodinový směsný vzorek získaný sléváním dvanácti objemově stejných dílčích vzorkŧ typu A, coţ je dvouhodinový směsný vzorek, získaný sléváním 8 dílčích vzorkŧ o stejném objemu vţdy za 15 minut. Ve Šternberku k tomu slouţí automatický odběrák (viz obrázek č. 39). Místo odběru vyčištěné odpadní vody je měrný profil. Odběr vzorku na šternberské čistírně je prováděn automaticky na instalovaném odběrném zařízení. Sledované parametry vyčištěné odpadní vody jsou CHSKCr, BSK5, NL, Nanorg. a Pcelk.. Pro potřeby provozu je nutné sledovat i kvalitu přitékající surové vody z městské kanalizace a kvalitu vody za usazovací nádrţí. Tyto vzorky jsou odebírané pomocí nastavitelných automatických odběrákŧ před lapákem písku a z rozdělovacího objektu aktivační nádrţe. Kontrolní vzorek aktivovaného kalu pro mikrobiologické sledování se odebírá jako bodový přímo z aktivace v mnoţství 50 – 100 ml. Dŧleţité je neplnit vzorkovnici aţ po okraj, nad vzorkem musí zŧstat vzduchová bublina. Vzorek nikdy neskladujeme, ale podrobíme ho co nejdříve v laboratoři mikroskopickému rozboru. Dále je dŧleţitý odběr kalu na 30 minutovou sedimentaci. Odebereme asi pŧl metru pod hladinou 1 litr vzorku z aktivace, nalijeme jej do tzv. Imhoffova kuţele a po 30 minutách odečteme pomocí kalibrační stupnice na kuţeli mnoţství usazeného kalu. Toto měření provádíme kaţdý den. Při několika návštěvách čistírny jsem se nastavování odběrŧ vzorkŧ odpadní vody zúčastnila, stejně tak běţné kontroly čistícího procesu, jako je sledování mnoţství kalu v aktivaci, měření obsahu fosforu apod.
58
Obr. č. 35 Automatický odběrák vzorků
Obr. č. 36 Laboratorní měření obsahu fosforu
59
Obr. č. 37 Parshallův žlab odtokové vody
Obr. č. 38 Měřící průtoková sonda
60
Obr. č. 39 Automatický odběrák odtékající vody z ČOV
Obr. č. 40 Odtok do recipientu (řeka Sitka)
61
6.4.3.1 Výpis z rozhodnutí o povolení k nakládání s vodami Rozhodnutí o povolení k nakládání s vodami vydal pro městskou mechanickobiologickou čistírnu odpadních vod ve Šternberku u Olomouce Krajský úřad Olomouckého kraje. Jedná se o vypouštění vyčištěné odpadní vody města Šternberka a přilehlých obcí Luţice, Babice, Krakořice a Hlásnice do vodního toku Sitka. Rozhodnutím bylo povoleno následující přípustné mnoţství vypouštěných odpadních vod a přípustné mnoţství znečištění na odtoku z čistírny odpadních vod. Tabulka č. 6 Přípustné množství vypouštěných odpadních vod
6 869,0
m3
Qprům.
79,5
l.s-1
Qmax.
205,0
l.s-1
2 507 112,0
m3
Q24
Qmax/rok
Tabulka č. 7 Přípustné množství znečištění na odtoku z čistírny
Ukazatel
Maximální Přípustná hodnota přípustná hodnota koncentrací „p“ koncentrací „m“ -1 [mg.l ] [mg.l-1]
Mnoţství znečištění [103kg] za rok
CHSKCr
80
120
200 569
BSK5
20
50
50 142
NL
20
50
50 142
Nanorg.
25
40
68 946
3
6
7 521
Pcelk.
62
6.4.3.2 Výsledky laboratorních rozborů odpadní vody z ČOV Tabulka č. 8 Hodnoty sledovaných ukazatelů na přítoku do ČOV
Období
BSK5 CHSKCr [mg.l-1] [mg.l-1]
Pcelk. [mg.l-1]
Nanorg. [mg.l-1]
NL [mg.l-1]
pH
RAS [mg.l-1]
Leden
111
361
6,04
25,65
201
7,56
271
Únor
296
701
7,18
29,70
386
7,55
384
Březen
242
677
7,00
28,87
360
7,49
424
Duben
247
808
15,10
43,80
630
7,44
449
Květen
190
616
9,32
44,25
350
7,35
426
Červen
292
896
15,45
40,15
450
7,48
442
Červenec
415
1 022
14,00
48,50
760
7,50
362
Srpen
143
484
10,59
41,40
520
7,51
529
Září
336
931
17,67
33,73
820
7,54
462
Říjen
357
914
14,75
63,10
675
7,61
522
Listopad
212
740
5,84
72,30
380
7,72
430
Prosinec
205
714
4,05
34,35
530
7,59
486
254
672
10,58
42,15
505
7,53
432
Ø za rok 2011
Tabulka č. 9 Hodnoty sledovaných ukazatelů na odtoku z ČOV
Období
BSK5 CHSKCr [mg.l-1] [mg.l-1]
Pcelk. [mg.l-1]
Nanorg. [mg.l-1]
NL [mg.l-1]
pH
RAS [mg.l-1]
Leden
5,45
22,75
1,57
20,05
2,50
7,35
463
Únor
5,45
22,80
2,02
16,70
4,00
7,35
404
Březen
6,05
25,43
1,54
18,83
11,00
7,42
437
Duben
4,40
20,13
1,95
14,53
7,33
7,42
487
Květen
4,35
21,08
1,44
11,20
3,00
7,63
442
Červen
4,33
18,30
1,96
7,11
5,50
7,78
411
Červenec
3,78
10,45
1,03
5,87
2,00
7,79
395
Srpen
6,20
16,85
1,26
9,68
12,50
7,75
407
Září
5,63
18,90
1,38
4,57
22,00
7,87
578
Říjen
3,95
10,00
1,50
11,40
7,00
7,65
542
63
Listopad
3,65
8,99
1,51
14,90
2,00
7,60
437
Prosinec
3,45
16,00
1,27
13,75
7,50
7,70
372
4,72
17,97
1,54
14,38
7,11
7,61
440
Ø za rok 2011
6.4.3.3 Výpočet účinnosti čistírny Tabulka č. 10 Účinnost čištění na ČOV u základních ukazatelů
Ukazatel
Přitékající Odtékající znečištění znečištění C1[mg.l-1] C2[mg.l-1]
Výpočet ηx = [(C1 – C2) / C1].100
Účinnost čištění na ČOV ηx [%]
BSK5
254
4,72
[(254 - 4,72) / 254].100
98,14
CHSKCr
672
17,97
[(672 - 19,97) / 672].100
97,33
NL
505
7,11
[(505 - 7,11) / 505].100
98,59
Nanorg
42,15
12,38
[(42,15 - 12,38) / 42,15].100
70,63
Pcelk.
10,58
1,54
[(10,58 - 1,54) / 10,58].100
85,44
ηBSK5 = [(C1 – C2) / C1].100 = [(254 - 4,72) / 254].100 = 98,14 % ηCHSKCr = [(C1 – C2) / C1].100 = [(672 - 19,97) / 672].100 = 97,33 % ηNL = [(C1 – C2) / C1].100 = [(505 - 7,10) / 505].100 = 98,59 % ηPcelk. = [(C1 – C2) / C1].100 = [(10,58 - 1,54) / 10,58].100 = 85,44 % ηNanorg. = [(C1 – C2) / C1].100 = [(42,15 – 12,38) / 10,58].100 = 70,63 %
64
Tabulka č. 11 Porovnání účinnosti čistírny s emisními standardy dle vyhlášky č. 61/2003 Sb, příloha 1.b pro ČOV 10 001 – 100 000 EO
Ukazatel Vypočtená účinnost čistírny
HSKCr ηx [%]
Nanorg.
Pcelk.
97,33
98,14
70,63
85,44
75
85
70
80
Emisní standardy dle vyhlášky č. 61/2003 Sb., příloha 1.b ηx [%] Výsledek
BSK5
splňuje
splňuje splňuje
splňuje
Tabulka č. 12 Porovnání vypouštěného znečištění s emisními standardy dle vyhlášky č. 61/2003 Sb, příloha 1.a pro ČOV 10 001 – 100 000 EO
Emisní standardy dle vyhlášky č. 61/2003 Sb. Vypouštěné znečištění [mg.l-1]
Přípustná koncentrace „p“ [mg.l-1]
Maximální přípustná koncentrace „m“ [mg.l-1]
CHSKCr
90
130
17,97
splňuje
BSK5
20
50
4,72
splňuje
NL
20
50
7,11
splňuje
Nanorg.
25
40
12,38
splňuje
3
6
1,54
splňuje
Ukazatel
Pcelk.
Výsledek
7 ZÁVĚR V praktické části bakalářské práce jsem se zaměřila na mechanicko-biologickou čistírnu odpadních vod města Šternberka u Olomouce a přilehlých čtyř obcí, které jsou na městskou kanalizaci napojeny. Na čistírně byla v roce 2010 dokončena modernizace a zvýšena kapacita na 18 000 ekvivalentních obyvatel. Popisuji celý prŧběh čištění městských odpadních vod aţ po jejich odtok do recipientu řeky Sitky.
65
Provoz čistírny jsem zhodnotila za celý rok 2011 v základních ukazatelích, tj. BSK5, CHSKCr, nerozpuštěné látky, anorganický dusík a celkový fosfor. Laboratorní výsledky jsou shrnuté v tabulce č. 8 přítok do čistírny a v tabulce č. 9 odtok z čistírny. Z ročních prŧměrŧ u jednotlivých ukazatelŧ na nátoku a odtoku jsem vypočítala účinnost čistírny, kterou jsem porovnala s emisními standardy dle vyhlášky č. 61/2003 Sb. U všech ukazatelŧ je účinnost čistírny daleko větší, neţ nařizují emisní standardy, jedině u anorganického dusíku byl výsledek na úrovni standardu. U organického znečištění se účinnost pohybovala od 97,33 % (CHSKCr) do 98,14 % (BSK5), nejvyšší účinnost byla
u nerozpustných látek (NL) a to 98,59 %, u celkového fosforu 85,44 %
a u anorganického dusíku těsně nad standardem 70,63 %. Zbytkové znečištění vyčištěné odpadní vody vypouštěné do recipientu řeky Sitky bylo po celý rok u všech ukazatelŧ niţší neţ jsou povolené emisní standardy a limity stanovené v rozhodnutí Krajského úřadu Olomouckého kraje. Velmi nízké bylo po celý rok 2011 organické znečištění, BSK5 v prŧměru 4,72 mg.l-1, CHSKCr 17,97 mg.l-1 a nerozpustné látky 7,11 mg.l-1. U anorganického dusíku pak 12,38 mg.l-1 a celkového fosforu 1,54 mg.l-1. Celkové srovnání laboratorních výsledkŧ s emisními standardy dle vyhlášky č. 61/2003 Sb. je uvedeno v tabulce č. 12.
Provoz čistírny odpadních vod ve Šternberku u Olomouce hodnotím celkově velmi kladně. Jednak z hlediska nízkého zbytkového znečištění, ale také z hlediska moderního vybavení některých technologických částí a laboratoře. Do řeky Sitky odtéká vyčištěná odpadní voda, která splňuje všechny limitní ukazatele dané legislativou pro odpadní vody vypouštěné do vod povrchových.
66
8 PŘEHLED POUŢITÉ LITERATURY ČÍŢEK P., HEREL F., KONÍČEK Z.: Stokování a čištění odpadních vod. Praha, 1970 HLAVÍNEK P., A KOL. Stokování a čištění odpadních vod. Modul 2. Brno: VUT: 2006 CHUDOBA Jan, DOHÁNYOS Michal, WAGNER Jiří. Biologické čištění odpadních vod. Praha, SNTL, 1991 MALÝ J., MALÁ J. Chemie a technologie vody. 1. NOEL 2000, s.r.o., Brno, 1996. 200 s. ISBN 80-86020-13-4. TUČEK F., CHUDOBA J., KONÍČEK Z.: Základní procesy a výpočty v technologii vody. SNTL Praha, 1997 VÍTĚZ T., GRODA B. Čištění a čistírny odpadních vod. 1. Vydání, Brno: Mendelova univerzita v Brně, 2008. 126 s. ISBN 978-80-7375-180-7. Vodohospodářská společnost SITKA, s.r.o., Šternberk. Provozní řád mechanickobiologické městské ČOV Šternberk. 2010. Vodohospodářská společnost SITKA, s.r.o., Šternberk. Kanalizační řád veřejné kanalizace města Šternberk. 2010 Směrnice rady 91/271/EHS Zákon o vodách 254/2001 Sb., vodní zákon Zákon č. 274/2001 Sb., o vodovodech a kanalizacích Nařízení vlády č. 23/2011 Sb. Vyhláška MŢP ČR č. 293/2002 Sb. INTERNET: http://www.mzp.cz
67
9 SEZNAM OBRÁZKŮ Obrázky Obr. č. 1 Strojně stírané česle ….............................................................................19 Obr. č. 2 Vertikální lapák písku …..................................................................... ....19 Obr. č. 3 Vírový lapák písku …...............................................................................20 Obr. č. 4 Lapák tuku …............................................................................................20 Obr. č. 5 Usazovací nádrž …...................................................................................21 Obr. č. 6 Schéma procesů v aktivační nádrži …......................................................23 Obr. č. 7 Dosazovací nádrž ….................................................................................26 Obr. č. 8 Schéma pásového sítového lisu …...........................................................32 Obr. č. 9 Komorový kalolis ….................................................................................32 Obr. č. 10 Mapka Šternberka u Olomouce a okolí …...............................................34 Obr. č. 11 Letecký pohled na ČOV ve Šternberku u Olomouce …............................38 Fotografie Obr. č. 12 Těžení štěrku s pískem z lapáku štěrku …................................................41 Obr. č. 13 Kontejner s vytěženým štěrkem a pískem ….............................................41 Obr. č. 14 Hrubé česle …..........................................................................................42 Obr. č. 15 Detail jemných česlí ….............................................................................42 Obr. č. 16 Jemné sítové česle …................................................................................43 Obr. č. 17 Lapák písku …..........................................................................................43 Obr. č. 18 Šneková čerpadla ….................................................................................44 Obr. č. 19 Dešťová zdrž …........................................................................................45 Obr. č. 20 Odlehčovací objekt …..............................................................................46 Obr. č. 21 Usazovací nádrž …..................................................................................46 Obr. č. 22 Aktivační nádrž …....................................................................................49 Obr. č. 23 Kalová čerpadla aktivace …....................................................................50 Obr. č. 24 Dosazovací nádrž …................................................................................50 Obr. č. 25 Odtokový žlab dosazovací nádrže ….......................................................51 Obr. č. 26 Pilová hrana dosazovací nádrže ….........................................................51 Obr. č. 27 Zásobní nádrž síranu železitého …..........................................................52 Obr. č. 28 Stabilizační nádrž kalu …........................................................................54 68
Obr. č. 29 Flokulační stanice …................................................................................55 Obr. č. 30 Pásový sítový lis …...................................................................................55 Obr. č. 31 Stírání filtračního koláče ….....................................................................56 Obr. č. 32 Odvodňování stabilizovaného kalu …......................................................56 Obr. č. 33 Pásový dopravník …................................................................................57 Obr. č. 34 Skládka kalu …........................................................................................57 Obr. č. 35 Automatický odběrák vzorků …...............................................................59 Obr. č. 36 Laboratorní měření obsahu fosforu …....................................................59 Obr. č. 37 Parshallův žlab odtokové vody …...........................................................60 Obr. č. 38 Měřící průtoková sonda …......................................................................60 Obr. č. 39 Automatický odběrák odtékající vody z ČOV …......................................61 Obr. č. 40 Odtok do recipientu (řeka Sitka) ….........................................................61
10 SEZNAM TABULEK Tabulka č. 1 Nejvyšší přípustná míra znečištění ukazatelů odpadních vod …......36 vypouštěných do veřejné kanalizace natékající na ČOV Tabulka č. 2 Znečištění přitékajících odpadních vod ….........................................39 Tabulka č. 3 Kvalita vody odtékající z ČOV ….......................................................39 Tabulka č. 4 Znečištění vody přitékající do aktivace po mechan. předčištění …...45 Tabulka č. 5 Technologické parametry aktivace …................................................52 Tabulka č. 6 Přípustné množství vypouštěných odpadních vod …..........................62 Tabulka č. 7 Přípustné množství znečištění na odtoku z čistírny ….......................62 Tabulka č. 8 Hodnoty sledovaných ukazatelů na přítoku z ČOV …......................63 Tabulka č. 9 Hodnoty sledovaných ukazatelů na odtoku z ČOV ….......................63 Tabulka č. 10 Účinnost čištění na ČOV u základních ukazatelů …..........................64 Tabulka č. 11 Porovnání účinnosti čistírny s emisními standardy ….......................65 Tabulka č. 12 Porovnání vypouštěného znečištění s emisními standardy …............65
69
