Mendelova univerzita v Brně

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav zemědělské, potravinářské Environmentální techniky

Rozbor funkce a analýza odpadů z lapáku písku Diplomová práce

Vedoucí práce:

Vypracoval:

Ing. Tomáš Vítěz, Ph.D.

Bc. Michal Došek

Brno 2012

ZADÁNÍ PRÁCE

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Rozbor funkce a analýza odpadu z lapáku písku vypracoval samostatně a přitom použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem. Může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce nebo děkana Agronomické fakulty Mendelovy university v Brně.

Dne ... ... ... ...

Podpis diplomanta ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

PODĚKOVÁNÍ Tímto bych chtěl upřímně poděkovat panu Ing. Tomáši Vítězovi, Ph.D. za odborné vedení diplomové práce, ochotu při poskytování konzultací, cenných rad a připomínek, díky kterým nabyla práce této podoby. Rovněž děkuji Bc. Ing. Pavlu Machu, DiS., za pomoc při analýze vzorků potřebných pro tuto práci a bývalému starostovi obce Zbraslav, Karlu Brymovi, za umožnění neomezeného přístupu k místní čistírně odpadních vod.

ABSTRAKT Diplomová práce, Rozbor funkce a analýza odpadu z lapáku písku, se zaměřuje na problematiku týkající se lapáků písku a odpadů z lapáků písku. V praxi je často tato část mechanického předčištění opomíjena a na situaci kolem čistírenských písku je možno nahlížet z více úhlů, které jsou detailněji rozebrány v této práci. V první části se diplomová práce zaměřuje teoreticky na legislativní stránku spojenou s problematikou čištění odpadních vod a odpadu při této činnosti vznikající. Také popisuje jednotlivé technologické prvky standardní čistírny odpadních vod s detailnějším zaměřením na lapáky písku, které jsou předmětem této práce. Praktická část se týká vyhodnocení vzorků čistírenských písku z vybraných čistíren odpadních vod v Jihomoravském kraji a v kraji Vysočina. U vzorků byl proveden mikrobionální rozbor a určeny mechanické vlastnosti. Na základě této analýzy jsou pak odvozeny požadavky pro nakládání s tímto odpadem a jeho možné využití v praxi v souladu s platnou legislativou.

Klíčová slova: čistírna odpadních vod, lapák písku, mechanické předčištění, čistírenský písek, mechanické vlastnosti, mikrobionální kontaminace, primární čištění

RESUME

This thesis, Function analysis and analysis of wastes from sand catcher, focuses on issues relating to the sand catcher´s and wastes from sand catcher´s. In practice this part

of

the

mechanical

pre-treatment

is

often

neglected.

Situation around the sand can be viewed from multiple angles, which are discused in detail in this thesis. In the first part of the thesis is described the legislative side associated with the issue of sawage works and waste generated during this activity with the intention of sand from mechanical wastewater pretreatment. It also describes the technological elements of a standard sewage works with a more detailed focus on the sand catcher´s, which are as well the subject of this work. Practical part concern to the evaluation of sewage sand samples from selected sewage works in South Moravia and Vysočina regions. Based on this analysis are then derived requirements for the management of this waste and its potential use in practice in line with current legislation.

Key words: sawage works, sand catcher, mechanical pre-washing, sewage sand, microbial contamination, mechanical properties

Obsah ZADÁNÍ PRÁCE........................................................................................................ 10 PROHLÁŠENÍ ............................................................................................................ 11 PODĚKOVÁNÍ........................................................................................................... 12 RESUME..................................................................................................................... 14 1.

ÚVOD................................................................................................................. - 10 -

2.

CÍL PRÁCE ........................................................................................................ - 12 -

3.

TEORETICKÁ ČÁST ........................................................................................ - 13 3.1

Legislativa ................................................................................................... - 13 -

3.1.1

Evropská unie ...................................................................................... - 13 -

3.1.2

Česká republika, legislativa v oblasti odpadních vod a ČOV.............. - 14 -

3.1.3

Legislativa související s čistírenským pískem ..................................... - 15 -

3.2

Odpadní vody .............................................................................................. - 18 -

3.2.1 3.3

Přidružená zařízení k ČOV ......................................................................... - 21 -

3.3.1 3.4

Dělení odpadních vod .......................................................................... - 19 -

Stokové sítě .......................................................................................... - 21 -

Obecný rozbor funkce ČOV........................................................................ - 22 -

3.4.1

Přítok vody na ČOV ............................................................................ - 23 -

3.4.2

Mechanické předčištění ....................................................................... - 24 -

3.4.3. Biologické a chemické čištění .................................................................. - 30 4.

Praktická část ...................................................................................................... - 38 -

4.1 Úvod do praktické části ....................................................................................... - 38 4.1.1 Problematika lapáků písku z hlediska sedimentace ................................... - 38 -

4.1.2 Účinnost ČOV z hlediska obsahu organického materiálu ve vodě ........... - 39 4.2 Metodika .......................................................................................................... - 43 4.2.1 Metody odběru vzorků, analýz a metody pro mikrobiologická stanovení - 43 4.2.2 Metody odběru vzorků, analýz a metody pro mechanicko-fyzikální rozbor - 44 4.3 Výsledky .......................................................................................................... - 46 4.3.1 Podíl organického materiálu ztrátou žíháním ............................................ - 46 4.3.2 Mikrobionální rozbor................................................................................. - 49 4.3.3 Mechanické vlastnosti písku z lapáku písku, výsledky ............................. - 54 4.4 Způsoby nakládání s čistírenskými písky a jejich využití ................................ - 60 4.4.1 Roční produkce písku na jednotlivých čistírnách odpadních vod ............. - 60 4.4.2 Poplatky za skládkování čistírenského písku ............................................ - 61 4.4.3 Využití čistírenského písku ....................................................................... - 62 5.

Diskuze ............................................................................................................... - 65 -

6.

Závěr ................................................................................................................... - 68 -

7.

SEZNAM LITERATURY.................................................................................. - 70 -

8.

SEZNAM OBRÁZKŮ ....................................................................................... - 72 -

9.

SEZNAM TABULEK ........................................................................................ - 73 -

10.

SEZNAM GRAFŮ ......................................................................................... - 74 -

1. ÚVOD Ochrana vod je jedním z našich nejdůležitějších úkolů v oblasti životního prostředí. V souladu s právními požadavky České republiky a Evropské unie bychom se měli zasazovat o zlepšení stavu vodních toků a přispět tak k trvale udržitelnému užívání vod. Na jakost povrchových vod má vliv celá řada faktorů, především ji ovlivňují bodové zdroje znečištění (města, obce, průmyslové závody, objekty soustředěné zemědělské výroby). Voda po použití obyvatelstvem a po kontaktu s urbanizovaným územím poněkud změní své vlastnosti (obsah znečišťujících látek, teplota, tlak apod.) Takovou vodu pak nazýváme odpadní. Tato odpadní voda vypouštěná do povrchových vod způsobuje nejen estetické problémy, ale především vnáší do recipientů organické látky, toxiny, patogenní mikroorganismy. Tyto látky působí negativně na vodní ekosystém. Mikrobiálním rozkladem organických látek a amoniakálního dusíku v recipientu dochází k výraznému úbytku rozpuštěného kyslíku, a to má velmi negativní vliv na možnosti existence vyšších živočichů v toku. Vnášení nutrietů způsobuje eutrofizaci toku, která o sobě projevuje mimo jiné nárůstem řas a sinic, které způsobují další závažné problémy. Je třeba vzít v úvahu, že ovlivnění povrchových vod odpadními vodami není jen záležitostí lokální, krátkodobou. Eutrofizace se projevuje i na vzdálenost desítek kilometrů. Chronická toxicita představovaná především látkami usazenými v nánosech a zaplaveninách na dně toku působí negativně i desítky let. Ochrana životního prostředí, především vodních ekosystémů vyžaduje čištění odpadních vod v bodových

zdrojích

znečištění na míru přijatelnou ekosystému daného toku. Úroveň ochrany vod před znečištěním však lze hodnotit i podle celkového množství vyprodukovaného znečištění. Téměř každá činnost člověka je spojena s produkcí odpadu a nejinak tomu je i v případu čištění odpadních vod. Musíme ale pamatovat na fakt, že i při samotném čištění vody vzniká celá řada dalších odpadů, které se dají využít jako vedlejší produkty. Přitom by se měl klást důraz na hierarchii nakládání s odpadem, což se často přehlíží zejména v ohledu na čistírenské písky, s kterými by se mělo zacházet tak, aby se nepřenášelo znečištění z jedné složky - 10 -

životního prostředí na druhou. Tomu lze předejít opětovným použitím vyseparovaného písku, který bude náležitě upraven pro tyto účely, a nebude se pouze ukládat na skládku. Tímto se pak uzavře koloběh látek. Stejně tak jako vyčistíme odpadní vodu a vrátíme ji do koloběhu čistou téměř jako před užitím, tak bychom měli nakládat i s čistírenským pískem. Náležitou úpravou se navíc vrátí jednoduše odbouratelné látky zpět do procesu čištění odpadní vody. Čistírenské písky vznikají prakticky na každé čistírně odpadních vod v prvním stupni mechanického předčištění v rámci technologického zařízení, lapáku písku. Odpad, písek s příměsí organických nečistot, který se z lapáku vytěží je pak v drtivé většině případů deponován na skládku příslušného typu pod katalogovým číslem 19 08 02, odpad z lapáku písku, a není mu věnována zdaleka taková pozornost jako např. čistírenským kalům. Proto se tato diplomová práce zaobírá problematikou spojenou s tímto druhem odpadu od jeho vzniku až po jeho možné opětovné využití, se zaměřením na zpřesnění jeho charakteristik uváděných v odborné literatuře. Problematika je řešena už u samotných lapáků písku, které mnohdy nefungují tak, aby zefektivnily účinnost ČOV. Často totiž dochází k nadměrné ztrátě organického znečištění prostřednictvím čistírenských písků. Tento organický materiál je však později potřeba v biologickém stupni čištění na ČOV. Lapáky písku jsou totiž navrhovány podle usazovacích rychlostí písku, které jsou již mnoho let dané, ale ukazuje se, že vzhledem k různorodosti písku, který se dostává na čistírnu, je problematiku těchto usazovacích rychlostí třeba přehodnotit. Práce také řeší problém spojený s uložením čistírenských písku na skládky. Protože jsou kontaminovány, podobně jako kaly, četnými mikroorganismy, mohou nabývat nebezpečných vlastností. Pohled na čistírenské písky z hlediska odborné veřejnosti není jednoznačný, a proto se tato práce pokusí poskytnout objektivní informace a navrhnout možná řešení.

- 11 -

2. CÍL PRÁCE

Tato diplomová práce si bere za cíl podrobnější analýzu odpadních písků pocházejících z čistíren odpadních vod. Analyzuje vzorky čistírenského písku z vybraných čistíren odpadních vod Jihomoravského kraje a kraje Vysočina a rozebírá jeho mechanické, fyzikální a mikrobiologické vlastnosti. Vzhledem k nim se pak zaobírá nakládáním s tímto odpadem s ohledem na současnou legislativu a navrhuje možné alternativní řešení pro nakládání s tímto odpadem. Z práce vyplývající výsledky jsou následně formulovány jako návrh pro praxi tak, aby naplňovaly poslání oboru Odpadové hospodářství a braly tak v potaz moderní přístup k nakládání s odpadem a byly tak přínosem nejen člověku, ale i životnímu prostředí.

- 12 -

3. TEORETICKÁ ČÁST

3.1 Legislativa

Problematika čištění odpadních vod se dá legislativně rozdělit vzhledem k tématu diplomové práce na dvě části. První část tvoří obecné předpisy, které se týkají odpadních vod a čistíren odpadních vod a druhá skupina se vztahuje přímo ke konkrétnímu produktu, či výstupu z ČOV, tedy odpad zachycený v lapáku písku. Legislativní stránku lze také rozebrat z pohledu Evropské unie a České republiky

3.1.1 Evropská unie

Základním právním nástrojem v Evropské unii řešícím problematiku čištění odpadních vod je směrnice rady 91/271/EEC o čištění městských odpadních vod. Směrnice má za cíl zajistit ochranu povrchových vod před znečišťováním způsobeným vypouštěním komunálních odpadních vod a biologicky odbouratelných průmyslových odpadních vod. Pro vypouštěné vody z čistíren odpadních vod požaduje stanovit emisní limity a systém vzorkování, rozborů a kontroly. Pro obce nad 2 000 ekvivalentních obyvatel (EO) bylo požadováno zavedení kanalizace a čistíren odpadních vod s biologickým stupněm do konce roku 2005. Pro větší obce nad 15 000 EO a průmyslové zdroje znečištění nad 4 000 EO do roku 2000. I pro obce pod 2 000 EO je požadováno vhodné čištění v případě, že je zde vybudována kanalizace. Přísnější podmínky a kratší termíny jsou stanoveny pro tzv. citlivé oblasti, tj. vodní útvary zasažené nebo ohrožené eutrofizací a vodní útvary určené pro odběry pitné vody. Vypouštění vyčištěných vod z ČOV musí podléhat povolení. Kvalita vody ve výpustích a v recipientu se musí pravidelně monitorovat. Je také stanovena povinnost zpracovat investiční programy výstavby kanalizací a ČOV.

- 13 -

3.1.2 Česká republika, legislativa v oblasti odpadních vod a ČOV

V současné době se veškerá problematika ohledně čištění odpadních vod vztahuje na území České republiky pod níže uvedené zákony. Základním právním nástrojem pro ochranu vod je zákon č. 254/2001 Sb. o vodách (vodní zákon), potažmo zákon č. 150/2010 Sb., kterým se mění zákon č. 254/2001 Sb., o vodách a o změně některých zákonů (vodní zákon), jež definuje, co je vlastně pojem odpadní voda. Dle §33 vláda stanoví zranitelné oblasti a v nich upraví používání a skladování hnojiv a statkových hnojiv, střídání plodin a provádění protierozních opatření. Vymezení zranitelných oblastí podléhá přezkoumání v pravidelných intervalech nepřesahujících 4 roky. Dále je pak důležitý zákon č.274/2001 Sb., o vodovodech a kanalizacích pro veřejnou potřebu ve znění zákona 76/2006 Sb. Při nakládání s odpadními vodami je důležité dbát na nařízení vlády nařízení č. 61/2003 Sb., (se změnami 229/2007 Sb., 23/2011 Sb.) o ukazatelích a hodnotách přípustného znečištění povrchových vod, náležitostech k vypouštění odpadních vod do vod povrchových a do kanalizací a o citlivých oblastech. Zde jsou stanoveny emisní a imisní standardy, definovány nebezpečné závadné látky a přípustné hodnoty znečištění pro odpadní vody, které je nutné dodržet. V souvisloti s tímto je třeba zmínit rovněž metodický pokyn MŽP k nařízení vlády ČR 229/2007 který zahrnuje např. v §3 podmínky a náležitosti povolení, kompetence k povolování vypouštění odpadních vod, §6 východiska a cíle ochrany vod, nebezpečné a zvlášť nebezpečné látky (ZNL), stanovení emisních limitů ukazatelů znečistění odpadních vod, určení místa pro stanovení a kontrolu emisních limitů, účinnost čištění, kombinovaný přístup stanovení emisních limitů. V §7 hodnocení dosažení souladu s vodoprávním povolením. Měření ukazatelů znečištění, náležitosti provozní evidence a vzor poplatkového hlášení, postup pro určování znečištění obsaženého v odpadních vodách stanoví vyhláška 293/2002 Sb., Ministerstva životního prostředí o poplatcích z vypouštění odpadních vod do vod povrchových. Zákon č. 185/2001 Sb. o odpadech určuje nakládání s odpady z ČOV (kaly, shrabky, písek, půda z kořenových polí apod.) Odpady vznikající při čištění se zařazují dle vyhlášky č. 381/2001 Sb., (novelizace vyhláškou č. 374/2008 Sb.), kterou se stanoví Katalog - 14 -

odpadů a dále s nimi lze nakládat dle vyhlášky č. 383/2001 Sb. (novelizace vyhláškou 61/2010 Sb.). Z odpadů vznikajících na ČOV zaujímá největší objem přebytečný kal. Kal z komunálních ČOV má katalogové číslo 19 08 05 a je kategorizován jako ostatní odpad „N“. Z jeho původu vyplývá, že může mít nejméně dvě nebezpečné vlastnosti. Jde o infekčnost a schopnost uvolňovat nebezpečné látky do životního prostředí. Kal je po jistých úpravách možné použít v zemědělství jako hnojivo k zapravení do půdy. Tento postup upravuje vyhláška č. 504/2004 Sb., kterou se novelizovala vyhláška č. 382/2001 Sb., Vyhláška ministerstva životního prostředí o podmínkách použití upravených kalů na zemědělské půdě. (Čištění odpadních vod jako nástroj k ochraně životního prostředí v zemědělské praxi a na venkově, Kolektiv autorů, MZLU Brno 2007)

3.1.3 Legislativa související s čistírenským pískem Pokud máme vyhovět všem právním předpisům týkajících se čištění odpadních vod, musíme definovat všechny odpady vznikající na ČOV, zařadit je dle katalogu odpadů a nakládat s nimi dle platné legislativy. Zde se však dostáváme k tématu této diplomové práce, která se mimo jiné zaměřuje na legislativní požadavky týkající se písků, vznikajících jako odpad na ČOV. Současná legislativa s ním předurčuje původci nakládat jako s odpadem, který nevykazuje nebezpečné vlastnosti. Je sice v pořádku postupovat dle zákona, ale legislativa ČR bohužel nezohledňuje fakt, že odpad z lapáku písku může vykazovat nebezpečné vlastnosti jako je infekčnost. Ačkoliv si je jistě mnoho původců tohoto odpadu vědomo těchto vlastností, nikdo jim nemůže zabránit v jednání, které je v souladu se zákonem. Jestliže máme identifikovat veškeré odpady vzniklé na ČOV, musíme přihlédnout i k výše zmíněnému zákonu o odpadech č. 185/2001 Sb., o odpadech a o změně některých dalších zákonů, ve znění pozdějších předpisů. Zákon o odpadech se sice nevztahuje přímo na odpadní vody (dle §2 tohoto zákona), ale tyto mohou samy obsahovat odpad materiální povahy (písky apod.). Původce a oprávněná osoba jsou povinni pro účely nakládání s odpadem odpad zařadit podle Katalogu odpadů, který Ministerstvo životního prostředí vydá prováděcím právním předpisem (dle §5). - 15 -

Dalším nedostatkem zákona o odpadech je v tomto úhlu pohledu §7, který uvádí, že v případě, kdy původce nebo oprávněná osoba, která s odpadem nakládá, se domnívá, že odpad, který splňuje podmínky uvedené v §6 odst. 1 písm. b) nebo c), nemá žádnou z nebezpečných vlastností, mohou požádat o hodnocení nebezpečných vlastností tohoto odpadu. Z tohoto vyplývá, že původce může ale i nemusí brát ohled na případné nebezpečné vlastnosti odpadu. Co je nebezpečný a ostatní odpad je definováno Vyhláškou 381/2001 Sb., kterou se stanovuje katalog odpadů. Katalog odpadů rozřazuje vzniklé odpady do 20. kategorií a dalších podkategorií. Jedná se o šesticiferné číslo (tzv. kód odpadu). Podle tohoto čísla se určuje případná nebezpečnost a rozhoduje se, jak s ním bude dále naloženo Předmětem zkoumání této práce je čistírenský písek, který je řazen do skupiny 19: Odpady ze zařízení na zpracování (využívání a odstraňování) odpadu z čistíren odpadních vod pro čištění těchto vod mimo místo jejich vzniku a z výroby vody pro spotřebu lidí a vody pro průmyslové účely. Podskupina 08: Odpady z čistíren odpadních vod

jinde

neuvedené.

Druh

odpadu

02:

Odpady

z lapáků

písku.

(http://www.envigroup.cz) Kompletní katalogové číslo tohoto odpadu je 19 08 02. V katalogu odpadů se řadí pod odpady ostatní ,,O,, nikoliv však mezi nebezpečné odpady ,, N,,. Jelikož by ostatní odpad neměl vykazovat žádné nebezpečné vlastnosti, nakládání s tímto odpadem je řízeno vyhláškou č. 294/2005 Sb., o podmínkách ukládání odpadů na skládky a jejich využívání na povrchu terénu a změně vyhlášky č. 383/2001 Sb., o podrobnostech nakládání s odpady Z vyhlášky tedy vyplývá, že odpad s katalogovým číslem 19 08 02 je tudíž ukládán na skládky a není recyklován. V České republice se skládky dělí dle technického zabezpečení na skupiny: S- IO Určené pro inertní odpady S – OO Určené pro ostatní odpady S – NO Určené pro nebezpečné odpady (www.ceho.cz) - 16 -

Vzhledem k čistírenským pískům je nutné uvést i vyhlášku č.383/2001 Sb., o podrobnostech nakládání s odpady. Příloha č.5 stanoví seznam odpadů, které je zakázáno ukládat na skládky všech skupin a používat jako technologický materiál nebo využívat na povrchu terénu a odpady, které lze na skládky ukládat jen za určitých podmínek a způsob hodnocení odpadů podle vychovatelnosti a mísitelnosti způsob prokazování přijatelnosti odpadů do zařízení k využívání odstraňování odpadů. Čistírenský písek je podle katalogu odpadů ukládán na skládkách ostatních odpadů. S - OO. Tyto skládky jsou dále rozděleny na podskupiny S - OO1, S- OO2, S - OO3, podle třídy vyluhovatelnosti. Rozeznáváme třídy vyluhovatelnosti IIa, IIb. Příloha č.4 k této vyhlášce jasně specifikuje podmínky, které musejí splňovat odpady ukládané na skládky včetně definování tříd vyluhovatelnosti. Skládka OO1 (třída vyluhovatelnosti IIa) Vodný výluh nesmí v žádném z ukazatelů překročit nejvýše přípustné hodnoty. Pro výluhovou třídu IIa jsou uvedené v příloze č. 2, vyhlášky č.294/2005 Sb. Mezi tyto ukazatele patří rozpuštěný organický uhlík (DOC), chloridy, fluoridy, sírany, těžké rozpuštěné kovy Problematickým parametrem je v našem případě celkový organický uhlík v sušině odpadů (DOC). Organický uhlík v sušině odpadů (TOC) nesmí překročit hranici 5%, v případě překročení tohoto parametru je rozhodující rozpuštěný organický uhlík ve vodném výluhu odpadů (DOC), který muže být menší nebo roven 80 mg/l. Na skládkách OO2 (třída vyluhovatelnosti IIb), nesmí vodný výluh v žádném z ukazatelů překročit nejvýše přípustné hodnoty pro výluhovou třídu IIb uvedené v příloze č.2, vyhlášky č. 294/2005 Sb. Parametry TOC a DOC jsou stejné jako pro skládky OO1, liší se pouze ukazatele třídy vyluhovatelnosti. (Nakládání s písky z čistíren odpadních vod, Kadlec 2010) Příloha č.5 k vyhlášce 294/2005 Sb., nám stanovuje seznam odpadů, které je zakázáno ukládat na skládky všech skupin a používat jako technologický materiál nebo využívat na povrchu terénu a odpady, které lze na skládky ukládat jen za určitých podmínek. Konkrétně bod č.3: Nebezpečné odpady, které mají některou z následujících nebezpečných vlastností: výbušnost, vysoká hořlavost, oxidační schopnost, schopnost - 17 -

uvolňovat vysoce toxické nebo toxické plyny ve styku s vodou, vzduchem nebo kyselinami nebo infekčnost. Zde je tedy přímo stanoveno, že infekční odpad, kterým může být v mnoha případech i čistírenský písek, by se neměl ukládat na skládky ostatního odpadu. Lapák písku má sice za úkol zachytit nerozpuštěné látky, například štěrk, ale ve štěrku se také vyskytuje značné množství organických látek. V některých případech lze považovat odpad z lapáku písku za biologicky rozložitelný, nebo odpad podobný kalu. V tomto směru lze vzít v úvahu pro kompletnost i plán odpadového hospodářství, v tomto případě Jihomoravského kraje. V závazném plánu se vytyčil cíl snižování množství biologicky rozložitelných odpadů ukládaných na skládky. Tab. č. 1: Cíl č. 12 Odpadového plánu Jihomoravského kraje Číslo cíle

12

Cíl

Snížit podíl skládkovaných biologicky rozložitelných komunálních odpadů

Cílová hodnota na 75 % stavu produkce r. 1995 do roku 2010 na 50 % stavu produkce r. 1995 do roku 2013 na 35 % stavu produkce r. 1995 do roku 2020 Indikátor

Podíl skládkovaného množství biologicky rozložitelných složek KO k celkové produkci biologicky rozložitelných složek KO v roce 1995

Zdroj dat

Evidence hlášení o produkci a nakládání s odpady, ISOH, KISOH

(www.kr-jihomoravsky.cz)

3.2 Odpadní vody

Základním právním předpisem, který se zabývá problematikou odpadních vod, je zákon č. 254/2001 Sb. o vodách a o změně některých zákonů (vodní zákon) ve znění pozdějších předpisů. V ustanovení §38 odst.1 definuje odpadní vody jako vody použité v obytných, průmyslových, zemědělských, - 18 -

zdravotnických a jiných stavbách, zařízeních nebo dopravních prostředcích, pokud mají po použití změněnou jakost (složení nebo teplotu), jakož i jiné vody z nich odtékající, pokud mohou ohrozit jakost povrchových nebo podzemních vod. Odpadní

vody jsou

i

průsakové

vody z

odkališť

nebo

ze

skládek

odpadů.(www.casopisstavebnictvi.cz)

3.2.1 Dělení odpadních vod Dle ČSN 75 6101, čl. 5.2.1 se podle původu a způsobu znečištění odpadní vody rozdělují do šesti základních skupin, z nichž jednu z hlavních tvoří vody srážkové (dešťové včetně vod z tání sněhu a ledu). Tuto klasifikaci zpřesňuje čl. 5.2.3 ČSN 75 6101 takto: Dešťové vody po styku s povrchem mohou být: a) znečištěné (odtékají-li

ze

znečištěných

povrchů

pozemních

komunikací,

průmyslových

a zemědělských areálů, ale jen po dobu oplachu těchto povrchů) b) neznečištěné (odtékají-li z neznečištěných povrchů, z pěších zón, parků a zahrad, střech a pozemních komunikací s nízkou intenzitou provozu, pokud tyto neslouží jako parkoviště nebo odstavné plochy). Mezi neznečištěné lze zařadit dešťové vody podle ČSN 75 6101 po skončení oplachu znečištěných povrchů a po výplachu stok. Znečištěné dešťové odpadní vody podle čl. 5.2.3 a ČSN 75 6101 mají být odváděny do stok jednotné stokové soustavy nebo dešťových stok oddílné stokové soustavy a čištěny. Neznečištěné vody chladící, kondenzované, podzemní, pramenité, dešťové podle 5.2.2 ČSN 75 6101 nejsou odpadními vodami a doporučuje se je povrchově vsakovat, (např. vegetační tvárnice, zelené plochy, příkopy), podzemně vsakovat (např. vsakovacími jímkami, pokud vsakování nemá negativní účinek (např. zvýšení hladiny podzemní vody), nebo odvést samostatnou stokou přímo do vodního recipientu. Tím se umožní zmenšit průtok odpadních vod, profily stokové sítě a v případě nízkých teplot těchto vod zamezit zhoršení procesů čištění odpadních vod. Vodní zákon č. 254/2001 Sb. ukládá všeobecnou povinnost všem vlastníkům pozemků zajistit péči o ně tak, aby nedocházelo - 19 -

ke zhoršování vodních poměrů. Zejména je nutno zajistit, aby nedocházelo ke zhoršování odtokových poměrů, odnosu půdy erozní činností vody a dbát o zlepšování retenční schopnosti krajiny (§27). (Odvodnění pozemních komunikací, Praha, 2008) Odpadní vody splaškové. Jsou to odpadní vody vypouštěné do veřejné kanalizace z bytů a obytných domů. Patří k nim i odpadní vody z městské vybavenosti,

jako

jsou

školy,

restaurace,

hotely,

kulturní

zařízení a pod.,

mající podobný charakter jako odpadní vody od obyvatel. Specifické množství splaškových

vod

(množství

od

1

obyvatele

za

den)

závisí

na

bytové

vybavenosti (koupelny, sprchy, přívod teplé vody aj.) a je prakticky shodné se spotřebou

pitné

vody.

Průměrně

se

počítá

se

specifickou

produkcí

splaškových vod 150 l na osobu a den (Hlavínek et al., 2006) Průmyslové odpadní vody jsou vypouštěny z průmyslových závodů a výroben Takovéto průmyslové vody obsahují: a) Odpadní vody od závodů včetně kuchyní a jídelen. Jsou to vody splaškové, přicházející do styku s personálem . b) Odpadní vody srážkové, odváděné z areálu závodu. Ty jsou zpravidla odváděny na rozdíl od ostatních srážkových vod odváděných veřejnou kanalizací zpoplatněné a tedy měřené. Jejich kvalita je dána stupněm znečistění povrchu areálu závodu a charakterem srážky. c) Odpadní vody chladicí a technologické, odpadající přímo z technologických procesů. V mnoha případech tvoří látky z nich obsažené svým množstvím i charakterem nejvýznamnější složku z celkového znečištění. Lze k nim přiřadit i odpadní vody z úpravy napájecích vod a dopravní vody. (Fadrus 2000)

- 20 -

3.3 Přidružená zařízení k ČOV 3.3.1 Stokové sítě Zachycování, odvádění, soustřeďování a čištění odpadních vod z území měst a obcí, průmyslových závodů, zemědělských provozů, komunikací a letišť patří k základním úkonům zdravého vodohospodářského inženýrství. Soubor objektů vybudovaných pro tuto potřebu se označuje souhrnným pojmem kanalizace. Jde hlavně o stokové sítě (popř. včetně objektů umožňujících ovlivňovat režim odvádění odpadních vod) a čistírny odpadních vod (včetně odvedení vyčištěných vod do říční sítě), popř. další objekty. V městech a obcích s hromadným zásobováním obyvatel pitnou vodou je nutno souborně řešit i problematiku odpadních vod. Splaškové vody se odvádějí z domácností, restaurací, hotelů, škol, sociálních zařízení úřadů, závodů atd. pomocí vybudované stokové sítě. Do ní je možno vypouštět i některé průmyslové (popř. i zemědělské) odpadní vody, buď přímo, či po předčištění. Jiné druhy odpadních vod z průmyslu je nutno odvádět a čistit samostatně. Zvláštní místo patří dešťovým odpadním vodám, zejména pro jejich velké nárazové množství při výskytu přívalových dešťů. V současné době míra jejich znečištění ve městech při průchodu ovzduším a hlavně oplachem objektů, komunikací a povrchu území je značná, takže rovněž vyžaduje čištění. Při zaústění do stok a splaškové sítě (tzv. jednotná stoková soustava) dochází k velkému ředění znečištění a k vyplachování stok. Taková odpadní voda má natolik jiné vlastnosti než splašková, že komplikuje technologii čištění. Proto zejména v minulosti bylo běžné navrhovat odlehčovací komory na stokách, které podstatnou část přívalového průtoku odváděly bez dalšího čištění do toku. Tímto opatřením se v urbanizovaném území zároveň šetřilo na dimenzích hlavních (kmenových) stok. Dnes se na těchto objektech vyžaduje alespoň částečné čištění odpadní vody (k zamezení transportu čerstvých odpadů do toku) Odvedení dešťových vod zvláštní stokovou sítí (oddílná stoková soustava) je nákladné a navíc čištění těchto vod je obtížné. Účelné může být tam, kde nedochází k závažnému znečištění přívalových vod, a kde dešťová stoková sít je jednoduchá, tj. např. ve venkovských střediskových obcích a menších městech. Východisko se dnes hledá v kombinaci jednotné soustavy s akumulací dešťových vod nejčastěji v podzemních nádržích, umožňujících opožděný řízený odtok stokovou sítí. - 21 -

Převážná většina dešťových odpadních vod pak projde čistírnou odpadních vod, aniž by nadměrně ředila splaškové vody a nehospodárně zvětšovala dimenze stok. Množství dešťových vod je možno do značné míry redukovat též omezením nepropustných ploch v urbanizovaném území, vyloučením povrchového odtoku ze zelených ploch, zvýšením povrchové retence atd. Stokové sítě zatěžují podzemní vody (stoky tu přejímají funkci drénů), nevhodné je i v tomto případě ředění odpadních vod. Tomuto jevu je možné však čelit dodržením požadavku vodotěsnosti stok.

3.4 Obecný rozbor funkce ČOV Čištění odpadních vod se děje v přírodě i samovolně bez zásahu člověka. V dnešní době však již není dostačující a tak musíme tento proces zintenzivnit. Čištění je proces složený z jednoduchých fyzikálních principů a biologických procesů. Z fyzikálních se uplatňuje zejména sedimentace, flotace, filtrace a rozdílná měrná hmotnost. Tento stupeň fyzikálního čištění se v provozu nazývá mechanickým. Z biochemických a biologických procesu se uplatňují oxidačně-redukční reakce, které řadíme do biologické části čištění odpadních vod. Tyto postupy probíhají samovolně v přírodě, jen s mnohem menší rychlostí a účinností. Ještě donedávna to byl také jediný způsob čištění odpadních

vod.

Moderní

čistírny

jsou

souborem

mechanických

zařízení

a chemicko-biologických procesů, které by bez naší pomoci samovolně neprobíhaly a čistírna je pro ně ideálním prostředím. To je však tvořeno uměle a rovnováha procesů a úspěšnost čistění je závislá na mnoha faktorech a může být snadno porušena nebo úplně zastavena. Jedním z hlavních faktorů je samozřejmě voda, která na čistírnu přitéká. Proto musíme při navrhování čistírny počítat především s množstvím a druhem znečistění odpadní vody. Velký důraz se tedy musí klást i na provedení kanalizace. Pokud máme problematiku čistírenského písku pochopit komplexně, je nutné si popsat alespoň zhruba jednotlivé zařízení čistírny odpadních vod a technologické postupy, které se dějí pří čištění na ČOV. Teprve poté můžeme teprve pochopit, kde se písek na ČOV bere a jaké problémy či výhody z technologického hlediska může mít jeho separace z odpadních vod.

- 22 -

3.4.1 Přítok vody na ČOV Problematika srážkových situací ve vztahu k velikosti přítoku na čistírny, míře odlehčení na síti před vlastními čistírnami, složení odpadních vod a vlivu na příjemce, je všeobecně sporadicky rozpracovaná. Většinou chybí údaje v návaznosti na meteorologické instituce. (Krejčí, 2000) V praxi se počítá s tím, že přítok odpadní vody na čistírnu není rovnoměrný Stejně tak složení vod není kontinuální. Při navrhování čistírny se musí zohlednit zdroje znečištění v okolí, zemědělské a průmyslové podniky a počet obyvatel. Čím menší počet obyvatel, tím větší výkyvy v množství a kvalitě vody přitékající na ČOV. Důvodem je rytmus života obyvatel. Z tohoto důvodu se zřizují čerpací a akumulační jímky, které vyrovnávají nátok do biologické linky. Obr. 1: Grafické znázornění průtoku odpadní vody přes jednotlivá zařízení ČOV

- 23 -

3.4.2 Mechanické předčištění 3. 4.2.1 Lapák štěrku Lapák štěrku je prvním zařízením mechanického předčištění odpadních vod. Jeho úkolem je zachytit velké a těžké předměty, které se dostanou na ČOV zejména se srážkovou událostí. Funkce lapáku je založena na fyzikálním principu sedimentace. Vlastní lapák štěrku je prohlubeň různého tvaru v otevřeném kanále, například před čistírnou odpadních vod, do kterého zaúsťuje kanalizace. Tím se sníží unášivá rychlost působením gravitace a štěrk přepadá do prohlubně, ze které mechanicky vytěží. Tento vytěžený štěrk pak putuje např. do pračky štěrku, ve které dojde k odstranění organického znečištění. Štěrk je následně možné použít například ve stavebnictví. S lapákem štěrku se můžeme setkat hlavně na velkých ČOV (nad 50 000 EO) s rozsáhlou stokovou sítí a velkým odvodňovaným územím.

3.4.2.2 Česle Pro odstranění hrubých nečistot a látek z vody do velikosti cca 1mm, výjimečně i méně, jsou vhodné česle a síta. Bývají různé konstrukce a rozličné velikosti průlin, příp. otvorů, které určují velikost zachycených částic. U průmyslových odpadních vod vypouštěných do veřejné kanalizace se někdy uplatňují jako jediné čistící zařízení. (Čištění průmyslových odpadních vod, Fadrus 2000) Česle se také mohou vyskytovat v různých modifikacích, jako např. spádová síta, bubnová pohyblivá a nepohyblivá síta, rotační síta, rotační česle nebo rotační šnek.

- 24 -

Obr. č. 2: Rotační česle od firmy Huber – ROTAMAT

Podle velikosti průlin dělíme česle na: - hrubé česle (20 – 50 mm) Slouží obvykle jako ochrana čerpadel před poškozením většími předměty a proto se také nazývají ochranné. Vzhledem k tomu, že množství zachyceného materiálu je poměrně malé, bývají stírány ručně. - střední česle (10 – 20mm) Jsou zpravidla strojově stírány. V příčném profilu mají tvar části kruhu nebo jsou přímé se sklonem ve směru proudu vody, případně i svislé. - jemné česle (2 – 10 mm) Omezují hromadění suspendovaných látek. Vlastní česle jsou

umístěny do betonového žlabu, přičemž

musí

být

dodržená zásada,

že v přítokovém žlabu nesmí být místa, kde by docházelo k usazování pevných látek a zachycování plavoucích látek unášených odpadními vodami. (Čištění a čistírny odpadních vod, Vítěz 2008)

- 25 -

Obr. č. 3: Česle HUBER Ro 9 – ČOV Nové Město na Moravě

Rychlost vody protékající česlemi by neměla být menší než 0,3 m.s-1. Menší rychlost vede k usazování písku. Naopak rychlost větší než 1m/s způsobuje strhávání již zachycených nečistot. Obvykle se tedy rychlost vody na česlích pohybuje v rozmezí 0,7 ať 0,9 m.s-1. Za česlemi je nutné snížit dno, aby nedocházelo ke vzdouvání hladiny na česlích. Česle bývají stírány (prohrabovány) ručně nebo strojně. Při ručním stírání jsou česle skloněny pod menším úhlem (30° až 40°), při strojním stírání obvykle pod úhlem 60°. Při stírání česlí vznikají shrabky. Produkce shrabků závisí na velikosti průlin česlí a pohybuje se od 4 do 8 kg na jednoho obyvatele za rok. Shrabky jsou často vodnaté, a proto je vhodné zbavit je přebytku vody na lisech a tím zmenšit jejich hmotnost i objem. (Vítěz, 2008) Děje se tak lisováním na lisech. Slisované shrabky se ještě proplachují čistou vodou, aby došlo ke snížení organického podílu a tím k jejich částečné stabilizaci. Obvykle se odstraňují skládkováním nebo spalováním. (Vítěz, 2008) - 26 -

Před uložením na skládku se shrabky ještě stabilizují vápnem na pH zhruba 10, aby došlo ke zničení patogenů a zárodků parazitů.

3.4.2.3 Lapáky písků Odpadní voda obsahuje kromě organických látek také těžký inertní materiál jako popílky, škvára, skořápky, úlomky kostí a také značné množství písku a to především u jednotné stokové soustavy. (Vítěz, 2008) Pro zachycení těchto částic se budují lapáky písku. Jsou zařazeny do sestavy hrubého předčištění městských ČOV, ale i na hrubém předčištění průmyslových čistíren odpadních vod nacházejí svoje uplatnění tam, kde jsou na čistírnu přiváděny dešťové vody areálu závodu. (Fadrus, 2000) Lapák písku je navržen tak, aby byly zachyceny částice do velikosti zrn 0,2 až 0,35 mm s měrnou hmotností přibližně 1400 kg.m-3. Tento sedimentovaný písek je nutné pravidelně odstraňovat. Typy lapáků písku: 1) Horizontální lapáky písku Mezi lapáky písku s horizontálním průtokem lze zařadit komorový (podélný usazovací

žlab

s

akumulačním

prostorem

na

zachycování

písku)

a štěrbinový lapák písku. Skládá se ze žlabu obdélníkového nebo trojúhelníkového průřezu, jehož dno má takový sklon, aby i za nejmenších průtoků neklesla rychlost pod 0,15 m.s-1 a za největších průtoků nepřekročila hodnotu 0,4 m.s-1. Dno žlabu je vyřešeno příčnými nebo podélnými štěrbinami, kterými písek propadá do boční šachty, odkud se těží ručně nebo se čerpá čerpadlem.

2) Vertikální lapáky písku Odpadní voda se přivádí na dno lapáku a odtud stoupá určitou vzestupnou rychlostí, která nesmí být větší než rychlost, kterou jsou unášena nejmenší písková zrna.

3) Vírové lapáky písku Je navrženy na základě využití odstředivé síly, pomocí níž je možno od sebe oddělit látky s různou hustotou. - 27 -

4) Provzdušňované lapáky písku Jsou budovány jen u velkých ČOV. Vzdušněním se vytváří v příčném profilu lapače rotace kapaliny a tato přispívá k lepšímu oddělení částic organického původu s nižší specifickou hmotností, které jsou vyplaveny vodou. V lapáku je možné oddělovat i plovoucí znečištění, jako jsou např. tuky, díky zpomalenému proudění, kdy se vyplavují látky s nižší specifickou hmotností. Této vlastnosti je ale možné využít jen u lapáku písku s horizontálním průtokem, kde jsou tuky z hladiny odstraňovány. Takto odstraněné tuky se dále zpracovávají v kalovém hospodářství. Zachycený písek se musí zbavit organického znečištění. Za tímto účelem se propírá v pračce písku. Produkce písku na jednoho EO je zhruba 12 l za rok. Obr. č. 4: Vírový lapák písku

(www.homen.vsb.cz) 5) Lapáky tuků a olejů Lapáky tuků a olejů zachycují u odpadní vody částice tuku, olejů, naftových derivátů apod. K nejjednodušším konstrukcím patří lapáky tuků a olejů, které tvoří - 28 -

jednoduchá norná stěna, umístěná v nádrži. Doba zdržení v lapáku tuku bývá tři minuty, poměr délky k hloubce 2 až 1,5:1. Podle současných výzkumů se jejich návrh jeví potřebný. Pracují na principu flotace. Tento separační proces je založen na tvorbě mikrobublin, které se spojují s dispergovanými částicemi a tyto částice unáší ke hladině, odkud jsou následně odstraněny. Tvorbu mikrobublin je možné provádět několika způsoby, podle kterých se jednotlivé flotace nazývají. Například volná, vakuová, tlaková biologická nebo elektroflotace.

3.4.2.4 Usazovací nádrže Usazovací nádrže jsou určeny k zachycení podstatného množství usaditelných látek. Většinou jde o organické látky menší než 0,2 mm, které se nezachytili na lapáku písku. Usazovací nádrže se navrhují na nepřerušovaný provoz a dělí se na nádrže s průtokem horizontálním, vertikálním a radiálním. Pokud je nádrž správně navržena, můžeme dosáhnout až 70% sedimentace. Tento sediment se nazývá primární kal a má vysoce reaktivní vlastnosti. Produkce tohoto kalu se pohybuje v rozmezí 35 – 60 g za den na jednoho EO. Tento kal se na větších čistírnách někdy využívá k tvorbě bioplynu. Při návrhu

usazovacích

prostor

se

doporučuje

dodržovat

parametry,

uvedené

v ČSN 73 6401 Čistírny městských odpadních vod. Čistící účinek usazovacích nádrží podle ČSN 75 6410 je uveden v závislosti na době zdržení v Tabulce 1. Hodnoty platí, není-li uvažován přívod kalové vody před primární sedimentací. (Šálek, 2006)

Tab. č. 2: Hodnoty specifického znečištění [v g za den na obyvatele] za usazovacími nádržemi při průtoku Qv podle střední doby zdržení v usazovacích nádržích podle ČSN 75 6410 Ukazatel BSK5 CHSK Nerozp. látky Dusík celkový Fosfor celkový

0,5 - 1,0 hod. 50,0 100,0 30,0 10,0 2,3

1,0 - 1,5 hod. 45,0 90,0 27,0 10,0 2,3

Nad 1,5 hod. 40,0 80,0 23,0 10,0 2,3

Nejčastějším typem usazovací nádrže jsou kruhové nebo pravoúhlé nádrže s horizontálním průtokem, nádrže s vertikálním průtokem a štěrbinové nádrže, též nazývané Emšerská nádrž. Usazovací nádrže pracují většinou kontinuálně a označují se jako průtočné

- 29 -

usazovací nádrže. Pokud pracují s přerušovaným provozem, označují se jako dekantační nádrže. Dříve se stavěly usazovací nádrže shodné s dosazovacími což přinášelo problémy, jelikož v dosazovacích nádržích za biologickou linkou docházelo k nedostatečné sedimentaci vloček aktivovaného kalu a ty se následně vyplavovaly do recipientu. Při návrhu čistírny je nutné uvažovat rozdílné vlastnosti odpadní vody v usazovací a dosazovací nádrži. V usazovací nádrži má suspenze charakter zrnitých částic, naopak v dosazovací nádrži ji tvoří především vločky aktivovaného kalu. Rozhraní mezi tuhou a kapalnou částí suspenzí je tvořeno plochou povrchu částice a tudíž bude také odlišné. U vločkovitých suspenzí netvoří pevné částice s kapalinou ostré rozhraní. Naopak u zrnitých částic je rozhraní ostré, čím se také vysvětlují různé sedimentační vlastnosti. Obecně platí, že dosazovací nádrže jsou hlubší než usazovací. Existuje několik typů usazovacích nádrží. Důležitým faktem při výpočtu usazovací nádrže hraje i organické znečištění, ke kterému dochází při sedimentaci a ve zvýšené míře má za následek vysokou reaktivitu primárního kalu. To se pak může projevit v biologické lince ČOV, kde můžou nutriety mikroorganismům chybět.

3.4.3. Biologické a chemické čištění U aerobních biologických nádrží s převládajícím kyslíkovým režimem tvoří čistící proces sedimentace, biologická, chemická flokulace, oxidace apod. Rozklad, přeměna a poutání jednotlivých látek ve vodním prostředí je výsledkem složitých biologických a biochemických procesů, kterých se zúčastňují nejen bakterie (destruenti), ale i vyšší organismy. (Šálek, 2006) V praxi se realizuje tzv. aktivačním systémem základní procesy probíhající v aktivační nádrži: - biologická oxidace organického substrátu - biologická oxidace amoniakálního dusíku - nitrifikace - biologická redukce dusitanů a dusičnanů na plynný dusík - denitrifikace a biologický rozklad fosforu, nebo jeho chemické srážení (Vítěz, Machala, studijní prezentace předmětu Čištění a čistírny odpadních vod, 2008) - 30 -

Účinnost aktivačního systému při standardním provozu biologických reaktorů (zajištění optimálních kultivačních podmínek pro mikroorganismy jednotlivých funkčních skupin biocenózy aktivovaného kalu) je dána objemovými rychlostmi jednotlivých biologických procesů sloužících k eliminaci organického znečištění. Objemová rychlost určitého biologického procesu vychází z rychlosti specifické a je přímo úměrná koncentraci biomasy, resp. jejího organického podílu, v aktivačním reaktoru. Objemová rychlost procesu: rv = rx * Xorg [ M L-3 T -1], kde rx je specifická rychlost procesu, [ M L-3 T -1] Xorg je koncentrace biomasy vyjádřená jako organický podíl sušiny aktivovaného kalu [ M L-3] Toto jednoduché vyjádření říká, že rychlost biologických procesů aktivačních reaktorů při nelimitujících podmínkách jsou přímo úměrné množství (koncentraci) aktivní složky aktivovaného kalu pro ten který proces. (Krejčí, 2000) Proces

biologického

čištění

odpadních

vod

je

založen

na

principu

oxidačně-redukčních biochemických reakcích. Tyto reakce je možné rozdělit podle konečného akceptoru elektronu a tím i oxidačně-redukčních potenciálů na oblast aerobní a anaerobní, neboli za přítomnosti kyslíku a bezkyslíkatá. Oxická oblast (aerobní): konečným akceptorem elektronů je rozpuštěný kyslík, který se zde vyskytuje jako volný nebo vázaný v dusičnanech a dusitanech. Probíhá zde oxidace organických látek a nitrifikace. Anoxická oblast (bezkyslíkatá): konečným akceptorem elektronů je dusitanový a dusičnanový dusík, rozpuštěný kyslík zde není přítomen, vyskytuje se jen jako vázaný v dusičnanech a dusitanech. Probíhá zde anoxická oxidace a denitrifikace. Anaerobní oblast: konečným akceptorem elektronů je vlastní organická látka, kyslík zde není přítomen vázaný ani volný. Probíhá zde anaerobní acidogeneze, metanogeneze a při biologickém odstraňování fosforu také depolymerace polyfosfátů. Na ČOV přitékají látky s rozdílnou biochemickou rozložitelností. Nerozložitelné organické látky: někdy se též nazývají inertní a řadíme mezi ně těžké kovy, toxické a další inertní látky. Tvoří zhruba 20% znečištění a většinou zůstávají ve vyčištěných odpadních vodách jako zbytkové znečištění.

- 31 -

Obtížně rozložitelné látky: vysokomolekulární organické látky jako například peptidy, bílkoviny, složité cukry a tuky. Jejich obsah v odpadních vodách se pohybuje kolem 50%. Snadno rozložitelné látky – nízkomolekulární organické látky jako jednoduché kyseliny, cukry, alkoholy, které mohou buňky mikroorganismů ihned využít. Obsah těchto látek v odpadních vodách je zhruba 20%.

3.4.3.1 Aktivační proces Základním principem je tvorba aktivovaného kalu v aktivační nádrži, přičemž tento proces probíhá ve dvou etapách. První tvoří vlastní aktivační nádrž, na kterou navazuje dosazovací nádrž. Do aktivační nádrže přitéká již mechanicky předčištěná voda, která se směšuje s vratným recirkulovaným kalem za intenzivního míchání a provzdušňování. To se děje pomocí aerátorů či vháněním stlačeného vzduchu nebo dokonce čistého kyslíku. K míchání jsou zkonstruována speciální míchadla či čerpadla. Obr. č. 4: Dosazovací nádrž Po dostatečně dlouhé době styku s aktivovaným kalem je odpadní voda vedena do dosazovací nádrže. Zde se separuje vzniklý kal od vyčištěné vody. Během tohoto procesu mikroorganismy rostou, množí se a kal neustále přibývá. Část kalu je neustále vracena zpět do aktivační nádrže a přebytečný kal se odvádí

do

dosazovací

nádrže.

Z dosazovací nádrže by pak měla vytékat voda vyčištěná tak,

aby odpovídala

legislativně daným parametrům. Procesy v aktivační nádrži jsou různorodé. Jedná se zejména o biologickou oxidaci organického substrátu, nitrifikaci, denitrifikaci a biologický rozklad fosforu nebo jeho srážení.

- 32 -

3.4.3.2 Aktivovaný kal Aktivovaný kal je směsná kultura, ve které se bakterie vyskytují převážně ve formě zoogleí. Vedle různých druhů bakterií bývají přítomny v menší míře také houby, plísně a kvasinky. Z vyšších organismů mohou být přítomni také prvoci, vířníci, hlístice aj. Kvalitativní i kvantitativní složení aktivovaného kalu závisí hlavně na složení substrátu a na technologických parametrech kultivace. (Vítěz, 2008) Za vhodných podmínek tvoří aktivovaný kal za pomocí sedimentace vločky (bioflokulace). Tímto lze dosáhnout požadované čistoty vody na odtoku a získáme tak aktivovaný kal požadované hustoty k recirkulaci. Bioflokulace je způsobena snížením elektrického náboje pod kritickou hladinu. K tomu dochází při obalení buněčných stěn polysacharidickým materiálem, produkovaným buňkami převážně v období stacionární a endogenní fáze růstu. Bakterie žijící v přirozeném prostředí mají na svém povrchu velké množství polysacharidových nebo glykoproteinových vláken, vytvářejících kolem buňky obal glykogalyx. Při bioflokulaci tyto vysokomolekulární polyelektrolyty spojují jednotlivé buňky do agregátů a vloček, které jsou schopny se od kapalné fáze oddělit sedimentací. (Vítěz, 2008)

3.4.3.3 Růst kalu Mikroorganismy mohou rozkládat pouze substrát tvořený organickými, biologicky rozložitelnými látkami. Část organických látek z odpadní vody mikroorganismy využijí k syntéze a část oxidují na CO2 a H2O. To se projevuje navenek zvýšením hmotnosti biomasy (přírůstek mikroorganismů). Tento přírůstek můžeme vyjádřit názorně růstovou křivkou, která se dělí na šest částí. V první fázi se mikroorganismy přizpůsobují prostředí a růst je nulový. Poté se růst začíná zrychlovat, až dosáhne maxima, přejde ve třetí exponenciální část. Jakmile se dostane množství nutrietů na limitující hodnotu, začne křivka klesat, až se růstová rychlost dostane na nulu. Nedostatek potravy se projeví úbytkem mikroorganismů a jejich postupným rozkladem.

- 33 -

Graf č. 1: Růstová křivka mikroorganismů

1) lag-fáze, 2) fáze zrychlujícího se růstu, 3) exponenciální fáze, 4) fáze zpomalujícího se růstu, 5)stacionární fáze, 6) fáze postupného odumírání buněk.

3.4.3.4 Odstranění dusíku Přísun sloučenin dusíku z odpadních vod do vod povrchových je nežádoucí z těchto důvodů: 1. Amoniakální dusík má vysokou spotřebu kyslíku (4,57 g kyslíku na 1 g dusíku). 2. Sloučeniny dusíku umožňují růst zelených organismů a tím se podílí na eutrofizaci povrchových vod. 3. Vyšší koncentrace dusičnanů v pitné vodě jsou zvlášť nebezpečné pro děti kojeneckého věku (methemoglobinie). Biochemické odstraňování dusíku spočívá ve dvou základních krocích: v biochemické oxidaci amoniakálního dusíku na dusitany a dusičnany, nitrifikace, a v jejich následující biochemické redukci na plynný dusík nebo oxid dusný, denitrifikace. Nitrifikace probíhá ve dvou stupních. V prvním stupni se amoniakální dusík oxiduje na dusitany pomocí bakterií rodu Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrospira aj. Ve druhém stupni jsou vzniklé dusitany oxidovány na dusičnany, mikroorganismy rodu - 34 -

Nitrobacter, Nitrocistis aj. Obě skupiny mikroorganismů jsou litotrofní a jako zdroj uhlíku potřebují oxid uhličitý. Nitrifikace probíhá podle rovnic:

2NH3 + 3O2   Podle rovnic se spotřebuje na úplnou oxidaci 1g amoniakálního dusíku a 4,57g kyslíku. Vznikající kyseliny snižují tlumivou kapacitu vody a při její nízké hodnotě a vysoké koncentraci amoniakálního dusíku je třeba přidávat neutralizační činidlo (například hydroxid vápenatý). Dochází k autoinhibici procesu nitrifikace až jeho zastavení. Pokud v systému neprobíhá současně denitrifikace, je potřeba na každých 14g amoniakálního dusíku 37g hydroxidu vápenatého. V literatuře se uvádí, že nitrifikační bakterie jsou striktně aerobní. V aktivačních systémech jsou ale schopny přežít několik hodin v anoxických podmínkách, což svědčí o tom, že jsou schopny využívat i jiný akceptor elektronů než je kyslík (pravděpodobně dusičnanový dusík). Nitrifikační bakterie patří mezi pomalu rostoucí organismy. Růstové rychlosti jsou o řád nižší než růstová rychlost organotrofů v aktivovaném kalu. Kinetika nitrifikace je monodovského typu. Zastoupení nitrifikantů aktivovaného kalu je kolem 1% a maximální rychlost nitrifikace v kalu je 3 – 15 mg.g-1 za hodinu. Denitrifikace je opačným procesem k nitrifikaci. Jedná se o odbourání organické hmoty za současné redukce dusičnanů a dusitanů na oxid dusný nebo plynný dusík. Oxidované formy dusíku jsou organotrofy využívány asimilačně i disimilačně. Proces nitrátové asimilace je redukce na amoniak za účelem syntézy hmoty. Podstatou procesu nitrátové disimilace (respirace) je využití dusičnanového dusíku jako konečného akceptoru elektronů místo kyslíku. V procesu denitrifikace se uvolňují ionty OH-, což může vést až k rychlému růstu pH a inhibici procesu. Kinetika denitrifikace je monodovského typu. Specifické rychlosti denitrifikace se pohybují v rozmezí 5–20 mg.g-1 za hodinu, což odpovídá rychlostem omické respirace (14 - 54 mg.g-1 za hodinu). Denitrifikace probíhá dle rovnice: - 35 -

Ared + NO3-   Zdrojem uhlíku je v tomto případě glukóza.

5C6H12O6 + 24NO3- 

30CO2 + 18H2O + 24 OH- + 12N2

(Čištění odpadních vod jako nástroj k ochraně životního prostředí v zemědělské praxi a na venkově, Kolektiv autorů, MZLU Brno 2007) Denitrifikaci ovlivňuje několik faktorů, jako je koncentrace rozpuštěného kyslíku, pH či teplota substrátu. Z technologického hlediska je důležitá i správná kombinace denitrifikace s nitrifikací. Při samotné nitrifikaci působí nezredukované dusičnany problémy v dosazovací nádrži. V zahuštěné vrstvě aktivovaného kalu se na dně nádrže podmínky rychle mění z oxických na anoxické, tím pádem dochází k denitrifikaci a uvolňovaný plynný dusík vynáší zahuštěný aktivovaný kal ke hladině.

3.4.3.5 Odstranění fosforu Fosfor je důležitou živinou pro nižší i vyšší organismy, které jej přeměňují na organicky vázaný fosfor. Je využíván zejména při růstu zelených vodních rostlin, avšak jeho přísun do povrchových je nežádoucí podobně jako u dusíku protože se podílí na eutrofizaci vod. V odpadních vodách se fosfor vyskytuje nejčastěji v těchto formách: orthofosforečnany (soli kyseliny fosforečné), polyfosforečnany, organicky vázaný fosfor. Chemické srážení fosforečnanů spočívá ve tvorbě nerozpustných sloučenin. Následná reakce se dá zjednodušeně popsat:

Me3+ + PO43-  MePO4 Současně s touto reakcí probíhá tvorba hydroxidů:

Me3+ + 3H2O  Me(OH)3 + 3H+ kde Me je obecný kov. Vzniklé koloidní částice se shlukují do větších vloček, které je možno separovat sedimentací v dosazovacích nádržích. Jako srážedla se - 36 -

používají: síran železitý, síran hlinitý, síran železnatý, hlinitan sodný Všechny výše uvedené soli (s výjimkou poslední) snižují pH systému. Při dávkování je třeba důkladného promísení srážedla s vodou (cca 20 minut). Biologické odstraňování fosforu se děje díky v buňce uložené zásobní látce, kyselině polybetahydroxymáselné. Za přítomnosti kyslíku je bakterie schopna oxidovat PHB vyšší rychlostí, než ostatní zásobní látky. Buňka má k dispozici specifický uhlíkatý substrát, kyselinu octovou. Bakterie získá za anaerobních podmínek hydrolýzou akumulovaných fosfátů energii pro syntézu kyseliny octové na PHB. Charakteristické je vylučování ortofosfátů do okolní kapaliny. Při oxických podmínkách slouží akumulovaná PHB jako zdroj uhlíkatého substrátu pro syntézu buněčné hmoty a zdroj energie pro syntézu polyfosfátů, využívají se fosfáty z odpadní vody. (Vítěz, 2008)

3.4.3.6 Anaerobní čištění Přestože se anaerobní čištění odpadních vod v podmínkách ČR příliš nerozšířilo, je jednou ze základních metod zpracování zemědělských odpadních vod i ostatních odpadů. Toto řešení se používá buď přímo k předčištění odpadních vod, nebo k anaerobnímu zpracování a stabilizaci kejdy, slamnatého hnoje a obdobných materiálů. Anaerobní procesy jako anaerobní rozklad organické hmoty probíhají v přírodě samovolně. Anaerobní procesy využívají, jako konečný akceptor elektronů jinou látku než kyslík. Pokud je konečným akceptorem elektronů organická látka, označujeme tento pochod, jako anaerobní fermentace, pokud se jedná o anionty např. síry, hydrogenuhličitany, ale i dusíku, pak tento pochod označujeme jako anaerobní respiraci. Anaerobní rozklad organických látek je soubor na sebe navazujících biologických procesů. V prvním stádiu dochází k hydrolýze.

- 37 -

4. Praktická část

4.1 Úvod do praktické části

4.1.1 Problematika lapáků písku z hlediska sedimentace

Pro odstraňování hrubě dispergovaných částic (písek) se na čistírnách odpadních vod (ČOV) využívá speciálních zařízení, která jsou souhrnně nazývána lapáky písku. Typy těchto lapáků, které se vyskytují nejčastěji, jsou popsány výše. Produkce písku je v závislosti na druhu stokové soustavy nebo velikosti ČOV udávána u jednotné kanalizační soustavy 5-12dm3 na obyvatele a rok, při srážkách bývá i 30ti násobně vyšší (Imhoff, 1953). Měrná hmotnost písku bývá udávána v literatuře velmi proměnlivě. Hodnoty se pohybují mezí 1450-2700kg/m-3, např. 2620kg/m-3 (Torgal a Castro-Gomes 2006). Jiní autoři udávají, že pro správnou funkci lapáku písku je velmi důležité, aby co největší množství anorganického materiálu zůstalo v zařízení. Naproti tomu veškerý biologický materiál musí být ze zařízení vyplaven, aby mohl být zužitkován v biologickém stupni čištění odpadních vod. V praxi však často není tento požadavek splněn a odpadní písek obsahuje poměrně velké množství organického materiálu (Vítěz et al., 2011). Pro efektivní návrh lapáku písku je velmi důležitý výpočet tzv. vírových struktur, které se při sedimentaci tvoří za jednotlivými neizolovanými částicemi písku. Tento druh výpočtu je však poměrně složitý proces, u kterého existuje velký počet proměnných. Řešení nabízí například numerická simulace procesu sedimentace v lapáku písku. Zde však nastává nutnost verifikovat data na experimentálním zařízení. Již dříve bylo prokázáno, že na některých čistírnách odpadních vod nepracují lapáky písku efektivně, to znamená, že jsou špatně navrženy a při sedimentaci se kromě anorganického materiálu, u kterého je sedimentace žádoucí, sedimentuje i organický materiál, který je však potřeba pro biologický stupeň čištění. Toto bylo prokázáno např. v článku: Physical properties of sand from the waste water treatment plants. (Acta - 38 -

universitatis agriculturae et silviculturae Mendelianea Brunensis. 58(4), 233{238. ISSN 1211-8516. VÍTĚZ, T., R. KUKLA a P. TRÁVNÍČEK, 2011). V tomto článku byla uveřejněna tabulka, která prokazatelně ukazuje na zvýšený obsah organického materiálu v odpadním písku. Tabulka ukazuje hodnoty z několika ČOV v Jihomoravském kraji, u kterých byl odebrán písek, a bylo v něm stanoveno množství sušiny. Tab. č. 2: Obsah sušiny u vzorků odpadních písku

Z tabulky je patrné, že u třech čistíren bylo ve vzorku obsaženo více jak 50% organického materiálu, což svědčí o neefektivnosti lapáků písku na daných čistírnách odpadních vod. Z toho vyplývá, že v odpadním písku se bude vyskytovat množství organického materiálu, který může vykazovat patogenitu, podobně jako čistírenské kaly.

4.1.2 Účinnost ČOV z hlediska obsahu organického materiálu ve vodě Aby provozovatelé čistíren mohli dodržet zákonné požadavky týkající se čištění odpadních vod, musejí pozorně sledovat celou technologii, aby byli schopni rychle zasáhnout, pokud by hrozilo překročení ¾ limitních hodnot. Kromě chemických a fyzikálních metod je čištění odpadních vod v principu založeno na biologickém čištění, při němž se využívají mikroorganismy z aktivovaného kalu. Proto je nutné znát nejen nároky těchto mikroorganismů na nutrienty, ale také složení aktivovaného kalu, má-li čistírna pracovat s maximální účinností. Příčiny a důsledky nepříznivých poměrů nutrientů a opatření jak je řešit jsou popsány níže v tabulce č.4. Vyrovnaný poměr - 39 -

nutrientů hraje zásadní roli, pokud mají mikroorganismy pracovat s maximální účinností. Nejdůležitější z těchto nutrientů je uhlík, dusík a fosfor. Obr. č. 5: Zjednodušené schéma procesu biologického čištění

Pokud odpadní voda na přítoku do biologického stádia čištění neobsahuje některý z hlavních nutrientů v nedostatečném množství, může nastat řada problémů, viz tabulka. Tab. č. 4: Příčiny a důsledky biologických nutrietů ve stadiu biologického čištění odpadních vod Příčiny/Původ odpadních vod Dlouhá doba v kanalizační síti Dalekosáhle primární čištění o. vod Průmyslové o. vody s vysokým obsahem N

Možné následky

Nápravné opatření

Přemnožení vláknitých bakterií, tvorba pěny Nedostatečná nitrifikace

Dusík

Odpadní vody o nízkém obsahu dusíku: Papírenský průmysl, zpracování zeleniny

Vysoké hodnoty CHSK a TOC na přítoku do ČOV Vláknité bakterie

Fosfor

Výluh ze skládky odpadů, odpadní vody ze zpracování zeleniny

Zvýšené hodnoty CHSK/TOC na odtoku Vláknité bakterie

Vynechat primární čištění Zvýšit objem denitrifikace při zachování dostatečného objemu pro nitrifikaci (minimální stáří kalu 9 dní) Vyrovnat poměr nutrietů: Přídavkem N sloučenin Přídavkem odpadní vody z domácností, zakalené vody z digestátu. Vyrovnat poměr nutrietů: Přídavkem P sloučenin

Nedostatek Uhlík

Nepříznivé poměry nutrietů a vysoké koncentrace jednotlivých látek snižují účinnost rozkladu biologických procesů čištění odpadních vod. Včasné rozpoznání a kontinuální sledování kritických parametrů je proto nezbytné k tomu, aby obsluha čistírny mohla provést rychlá nápravná opatření v případě nutnosti. Pouze tímto způsobem lze zajistit dodržení zákonných hodnot pro vodu na odtoku a zabránit zbytečně vysokým poplatkům za odpadní vody (www.hachlange.cz). - 40 -

V globálním aspektu je tedy čistírna odpadních vod velmi složité komplexní zařízení, kde každý prvek musí dobře fungovat, aby byla celková účinnost čištění co nejvyšší. Proto je nutné začít už u lapáku písku a zaměřit se na jeho správnou funkci, což je zejména sedimentace anorganického materiálu. Tímto odpadne následné řešení dalších možných potencionálních problémů, jako je patogenita čistírenského písku z lapáku. Z níže uvedené tabulky je patrné, jak velké množství odpadu z lapáku písku bylo odstraněno skládkováním na skládky ostatního odpadu za rok 2010. Tab. č. 5: Nakládání s odpadem čistírenskými písky pro rok 2010 Katalogové číslo Kategorie odpadu odpadu 190802 O 190802 O 190802 O 190802 O 190802 O 190802 O 190802 O 190802 O 190802 O 190802 O 190802 O 190802 O 190802 O 190802 O 190802 O 190802 O 190802 O 190802 O 190802 O 190802 O 190802 O 190802 O 190802 O 190802 O 190802 O 190802 O 190802 O 190802 O 190802 O 190802 O 190802 O 190802 O 190802 O 190802 O Celkové množství odpadu

Kód nakládání

Množství (Mg)

A00 AD1 AD8 AN1 AN13 AN3 AN5 AR3 B00 BD1 BD13 BD15 BD8 BD9 BN1 BN11 BN12 BN13 BN14 BN3 BN40 BN5 BN53 BR10 BR11 BR13 BR3 BR5 C00 CD13 CD8 CN13 CN3 CN5

34887.140000 7.000000 492.000000 11.790000 0.135000 33879.413000 263.990000 3.000000 51876.557000 8647.802000 194.610000 1.220000 4170.270000 245.021000 2110.360000 126.230000 6883.760000 5569.790000 29.040000 17645.077000 573.500000 3523.270000 24.130000 5.857000 988.560000 9.680000 434.550000 1568.950000 3975.418000 29.340000 458.550000 2150.210000 762.762000 272.936000 90509.303000

(www.isoh.cenia.cz) - 41 -

Legenda k tabulce: Původ odpadů Produkce odpadu (vlastní vyprodukovaný odpad) A00 + Odpad převzatý od oprávněné osoby (sběr, výkup, shromažďování), nebo jiné provozovny B00 + Množství odpadu převedené z minulého roku (zůstatek na skladu k 1. lednu vykazovaného roku) C00 + Způsob nakládání XD1: Ukládání v úrovni nebo pod úrovní terénu (skládkování, XD8: Biologická úprava jinde v této příloze nespecifikovaná, jejímž konečným produktem jsou sloučeniny nebo směsi, které se odstraňují některým z postupů uvedených pod označením D1 až D12, XN1: Využití odpadů s výjimkou využívání kalů podle vyhlášky č. 382/2001 Sb. Na terénní úpravy apod., XN13: Kompostování, XN3: Předání jiné oprávněné osobě (kromě přepravce, dopravce), nebo jiné provozovně, XN5: Zůstatek na skladu k 31. prosinci vykazovaného roku pokud není uveden pod kódy R13, D15, XR3: Získání/regenerace organických látek, které se nepoužívají jako rozpouštědla (včetně biologických procesů mimo kompostování a biologickou dekontaminaci), XD13: Úprava složení nebo smíšení odpadů před jejich odstraněním některým z postupů uvedených pod označením D1 až D12, XD15: Skladování materiálů před jejich odstraněním některým z postupů uvedených pod označením D1 až D14, XD9: Fyzikálně-chemická úprava jinde v této příloze nespecifikovaná, jejímž konečným produktem jsou sloučeniny nebo směsi, které se odstraňují některým z postupů uvedených pod označením D1 až D12, XN11: Využití odpadu na rekultivace skládek, XN12: Ukládání odpadů jako technologický materiál na zajištění skládky, XN14: Biologická dekontaminace, XN40: Odpad po úpravě, pokud nedošlo ke změně katalogového čísla odpadu, XN53: Inventurní rozdíl – vyrovnání přebytku odpadu, XR11: Využití odpadů, které vznikly aplikací některého z postupů uvedených pod označením R1 až R10, XR13: Skladování materiálů před aplikací některého z postupů uvedených pod označením R1 až R12, XR5: Recyklace/znovuzískání ostatních anorganických materiálů.

- 42 -

4.2 Metodika Vzorky čistírenského písku za účelem následných analýz byly odebrány z devíti různých čistíren odpadních vod. Čistírny byly vybrány tak, aby byly zastoupeny různé technologie z hlediska lapáků písku a praní písku, konkrétně: Vertikální kruhový: Tetčice, Střelice, Ořechov Integrovaný, Huber - RO5c: Zbraslav Vertikální s provzdušněním: Letovice, Náměšť nad Oslavou Vírový: Jedovnice, Boskovice, Blansko Ve všech případech kromě ČOV Střelice je umístěn lapák písku až za česlemi. Všechny čistírny se nacházely v Jihomoravském kraji, kromě ČOV Náměšť nad Oslavou. U každé ČOV byly odebrány průměrně tři vzorky písku v časovém horizontu září až prosinec 2008, přičemž vzorky písku z ČOV Zbraslav u Brna byly odebrány následně i v letech 2010 - 2012. Odběr byl proveden podle normy ČSN-ISO 10381-6:1998 Kvalita půda – Odběr vzorků – část 6. Vzorky byly v den odběru transportovány do laboratoře ve sterilních vzorkovnicích při teplotě do 5°C tak, aby nemohlo dojít k druhotné kontaminaci. Ihned po přijetí byly vzorky zváženy, byla stanovena jejich sušina, měrná hmotnost pyknometrickou metodou, ztráta žíháním, granulometrie a provedena mikrobiologická analýza. Mikrobiologická analýza byla zaměřena na skupiny mikroorganismů, které se stanovují běžně v čistírenských kalech jako indikátorové, pro zhodnocení nebezpečných vlastností. Stanovovaly se skupiny koliformních bakterií (Escherichia coli), enterokoky a fekální koliformní bakterie.

4.2.1 Metody odběru vzorků, analýz a metody pro mikrobiologická stanovení Vyhláška MŽP č. 382/2001 Sb. stanoví v §4 postupy odběru vzorků kalů a půdy a metody jejich analýzy. Metody pro stanovení indikátorových mikroorganizmů pro mikrobiologická kritéria pro použití kalů na zemědělské půdě jsou vypracovány ve

- 43 -

smyslu

vyhlášky

č.382/2001Sb.,

o

podmínkách

použití

upravených

kalů

na zemědělské půdě podle ČSN EN ISO 6887-1:1999 Mikrobiologie potravin a krmiv. Norma popisuje úpravu analytických vzorků, přípravu výchozí suspenze a desetinásobných ředění v části 1. Metodiku pro fyzikálně-chemický rozbor kalů, tj. stanovení celkové sušiny, zbytku po žíhání a ztrátu žíháním stanovuje ČSN 83 0550 v části 3.

4.2.2 Metody odběru vzorků, analýz a metody pro mechanickofyzikální rozbor Vzorky písku byly odebrány v 8 čistírnách odpadních vod v Jihomoravském kraji a jedné z kraje Vysočina. Z každé ČOV byly odebrány v průměru 3 vzorky v časovém rozmezí od září do prosince 2008. Následně byl pak pokus pro některé z níže jmenovaných analýz zopakován znovu v letech 2010 - 12, září až prosinec. Jednalo se však již pouze o analýzu písku z lapáku písku na ČOV Zbraslav. Odběr vzorků vycházel z ČSN-ISO 10381-6:1998 Kvalita půda – Odběr vzorků – část 6. Vzorky byly v den odběru transportovány do laboratoře, ihned po přijetí byly vzorky zváženy, následně byly stanovovány měrná hmotnost a granulometrie. Postupovalo se dle metodik pro Odběr vzorku TNI CEN/TR 15310-1, Stanovení objemové hmotnosti ČSN ISO 7033 Drobné a hrubé kamenivo do betonu. Stanovení objemové hmotnosti a nasákavosti - mimo prášků pro slinuté karbidy - Metoda pyknometrická. Sítový rozbor pak dle ČSN EN 933-1 (Pozn.: Pyknometr je nádoba určená ke stanovování měrné hmotnosti tuhých tělísek, který po naplnění a uzavření zábrusnou zátkou pojme vždy stejný objem kapaliny. Hustota kapaliny se pak určuje z její hmotnosti a objemu.)

4.2.2.1 Stanovení měrné hmotnosti - metoda pyknometrická Tato metoda je použitelná pro drobné i hrubé kamenivo. Vzorek kameniva se uloží na 24 hodin do vody, potom se na povrchu osuší a zváží se (m1). Takto upravený vzorek se vloží do pyknometru a pyknometr se zaplní vodou, odstraní se všechny vzduchové bubliny a voda se doplní do kalibrovaného objemu. Vnější povrch pyknometru se osuší a celý pyknometr i se vzorkem se zváží (m5). Po vyprázdnění se - 44 -

zváží pyknometr zcela naplněný vodou (m6). Vzorek na misce se vysuší při 105°C a zváží (m4). Následně vypočteme měrnou hmotnost.

p 

 v  m4 m1  m5  m6

[kg∙m-3]

kde: ρp – měrná hmotnost kameniva [kg∙m-3] ρv – měrná hmotnost vody [kg∙m-3] m1 – hmotnost vzorku kameniva vkládaného do pyknometru [kg] m4 – hmotnost vysušeného vzorku kameniva [kg] m5 – hmotnost pyknometru se vzorkem [kg] m6 – hmotnost pyknometru s vodou [kg]

Obr. č. 6: Pyknometr

- 45 -

Tab. č. 6: Vlastnosti vybraných druhů hornin

Různou měrnou hmotnost určenou z odebraných vzorků pak lze využít k přibližnému zjištění, která hornina je většinovou složkou odpadního písku. O jakou horninu se může jednat ukazuje výše uvedená tabulka.

4.3 Výsledky 4.3.1 Podíl organického materiálu ztrátou žíháním Ztráta žíháním byla provedena a vypočtena podle normy ČSN EN 75 7350. Po odběru písků z vybraných čistíren odpadních vod se rozdílné množství organického materiálu dalo rozlišit již od pohledu. Tato variabilita je patrna i v přiloženém obrázku č.7, ze vzorků odebraných z ČOV Zbraslav (5) a ČOV Ořechov (9). Vzorek č.5 je čirý, obsahuje 95% sušiny a ztráta žíháním je pouze 1,2%. Naopak vzorek č.9 je nápadně zakalený, obsahuje pouze 68% sušiny a ztráta žíháním byla stanovena na 23%. Při následných odběrech písku na ČOV Zbraslav pro další analýzy byla pozorována změna organického podílu v písku v rámci 3 měsíců. Tento fakt svědčí - 46 -

o proměnlivosti materiálu, který je pravděpodobně ovlivněn srážkovými událostmi a ročním obdobím, jelikož lapák písku a kanalizace pracují stále stejně. Graf č. 2: Ztráta žíháním u vzorků písků z ČOV Ztráta žíháním u vzorků písků z ČOV 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Obr. č. 7: Vzorky písku po 20 minutách třepání v destilované vodě (foto, Vítěz)

- 47 -

Tab. č. 7: Průměrné hodnoty sušiny a organické sušiny z jednotlivých čistíren odpadních vod organická

sušina

sušina

ČOV [%]

[%]

Tetčice

96,3940

2,0012

Střelice

87,2244

4,7921

Zbraslav

91,8052

1,5844

Ořechov

62,8545

22,7118

Náměšt nad Oslavou

48,1030

37,2908

Blansko

79,6791

16,2632

Boskovice

67,2008

21,3900

Letovice

38,2839

19,8700

Jedovnice

15,4931

73,6428

Obr. č. 8: Vzorky písku po vysušení (foto, Vítěz)

- 48 -

4.3.2 Mikrobionální rozbor Jelikož v praxi neexistuje jednotný postup pro stanovení vlastností čistírenských písku v mikrobionálním ohledu, byl rozbor proveden dle pravidel pro nakládání s čistírenskými kaly, konkrétně z prováděcí vyhlášky 382/2001Sb., o podmínkách použití upravených kalů na zemědělské půdě, ve znění pozdějších předpisů. V této vyhlášce jsou stanoveny technické podmínky pro použití kalů na zemědělské půdy, limitní

koncentrace

vybraných

rizikových

látek

v kalech

a

půdě,

včetně

mikrobiologických kritérií. Tato vyhláška stanovuje přípustná množství indikátorových mikroorganizmů. Jedná se o termotolerantní koliformní bakterie, enterokoky a Salmonella sp. Tab. č. 8: Mikrobiologická kritéria pro užití kalů na zemědělské půdě

Legenda: Kategorie I - kaly, které je možno obecně aplikovat na půdy využívané v zemědělství při dodržení ostatních ustanovení výše uváděné vyhlášky. Kategorie II – kaly, které je možno aplikovat na zemědělské půdy určené k pěstování technických plodin, a na půdy, na kterých se nejméně 3 roky po použití čistírenských kalů nebude pěstovat polní zelenina a intenzivně plodící ovocná výsadba, a při dodržení zásad ochrany zdraví při práci a ostatních ustanovení vyhlášky.

- 49 -

koliformní bakterie (CFU/g suš.)

Graf č. 3: Koliformní bakterie u vzorků písků z ČOV 1,0E+08

Koliformní bakterie u vzorků písků z ČOV

1,0E+07 1,0E+06 1,0E+05 1,0E+04 1,0E+03 1,0E+02

Graf č. 4: Enterokoky ve vzorcích písku z různých ČOV

enterokoky (CFU/g suš.)

1,0E+07

Enterokoky u vzorků písků z ČOV

1,0E+06 1,0E+05 1,0E+04 1,0E+03 1,0E+02 1,0E+01

- 50 -

fekál.koliformní bakterie (CFU/g suš.)

Graf č. 5: Fekální koliformní bakterie ve vzorcích písku z různých ČOV Fekální koliformní bakterie u vzorků písků z ČOV

1,0E+07 1,0E+06 1,0E+05 1,0E+04 1,0E+03 1,0E+02

Na obrázcích v grafech č. 3, 4 a 5 jsou vyznačeny barevnými čarami limitní hodnoty pro kategorie kalů I (červená) a kategorie II (modrá). Pro posouzení závislosti obsahu organické sušiny na kontaminaci vzorků indikátorovými skupinami mikroorganizmů byla zjištěná data graficky porovnána (grafy: 6, 7 a 8).

- 51 -

koliformní mikroorg. (CFU/g suš.)

Graf č. 6: Závislost kontaminace vzorků koliformními mikroorganismy na obsahu organické sušiny

1,0E+07

1,0E+06

y = -3516,x2 + 29153x - 71514 R² = 0,804

1,0E+05

1,0E+04 0

10

20

30

40

50

60

70

ztráta žíháním (%)

Graf č. 7: Závislost kontaminace vzorků enterokoky na obsahu organické sušiny

enterokoky (CFU/g suš.)

1,0E+05 1,0E+04 y = -19,291x2 + 1536,3x - 1538,3 R² = 0,7017

1,0E+03 1,0E+02 1,0E+01 0

10

20

30

40

50

ztráta žíháním (%)

- 52 -

60

70

Graf č. 8: Závislost kontaminace vzorků fekálními koliformními mikroorganismy na obsahu organické sušiny

fekální koliformní mikroorg. (CFU/g suš.)

1,0E+06

1,0E+05

1,0E+04 y = -67,56x2 + 5647,6x - 15603 R² = 0,7146

1,0E+03

1,0E+02 0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

ztráta žíháním (%)

Graf č. 9: Závislost obsahu sušiny a ztráty žíháním ve vzorcích písku 90

ztráta žíháním (%)

80 70 60 50

y = -0,7384x + 69,05 R² = 0,8078

40 30 20 10 0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

sušina (%) Při porovnávání podílu sušiny v procentech a ztráty žíháním mezi jednotlivými vzorky

se

dle

předpokladu

prokázala

parametrů (graf č. 9)

- 53 -

poměrně

vysoká

korelace

obou

Pro zpřesnění výzkumu byly s odstupem tří let odebrány vzorky z lapáku písku umístěného na ČOV Zbraslav a mikrobionální analýzou stanoveny hodnoty všech tří skupin mikroorganismů, které se běžně sledují v kalech. Pro měsíc odběru byl zvolen prosinec a to z důvodu pravděpodobných nejnižších teplot venkovního prostředí, které je méně příznivé pro růst a vývoj sledovaných skupin mikroorganismů. Jak se předpokládalo, potvrdily se možné nebezpečné vlastnosti tohoto odpadu. Mikrobionální nálezy splňovaly kritérium pro kaly II. kategorie, nesplňovaly již ale kritéria pro kaly I. kategorie, které je možno obecně aplikovat na půdy využívané v zemědělství při dodržení ostatních ustanovení vyhlášky 382/2001 Sb., o podmínkách použití upravených kalů na zemědělské půdě, ve znění pozdějších předpisů. Tab. č. 9: Porovnání zastoupení sledovaných skupin mikroorganismů v měsíci prosinci na ČOV Zbraslav (2008,2011). SKUPINY MIKRO ORGANISMŮ

Zbraslav, Prosinec 08 CFU/g sušiny

Zbraslav, Přípustné množství Prosinec 11 CFU/g mikroorganismů (CFU/g sušiny aplikovaných sušiny

Termotolerantní koliformní bakterie

3,22E+05

4,32E + 05

103 - 106

Salmonella sp.

1,87E + 04

2,79E + 04

103 - 106

Enterokoky

1,02 E + 04

8,33E + 03

nestanovuje se

kalů)

4.3.3 Mechanické vlastnosti písku z lapáku písku, výsledky V praxi lze obecně říci, že z hlediska mechanických vlastností písku není zatím dostatek odborné literatury, která by podrobně popisovala tyto vlastnosti, které jsou zcela zásadní pro správný návrh lapáku písku. Proto se tato práce částečně soustředí i na experimentální analýzu mechanicko-fyzikálních vlastností písku z lapáku ČOV. Původ písku, který se zachytí na lapáku písku dané ČOV je v podstatě dvojí. Jednak jde o písek z území, kde je odkanalizování řešeno jednotnou kanalizační soustavou. V druhém případě pak může být zanášen do kanalizace prostřednictvím netěsností v kanalizaci, kdy se dostává písek do vody ze spárů a prasklin. V některých - 54 -

případech se však můžeme setkat, zejména pak na vesnicích, s nelegálním zaúsťováním odpadních vod do kanalizace bez mechanického předčištění. Při oddělování písku z odpadních vod ve stupni mechanického předčištění se využívá mechanicko-fyzikálních vlastností. Písek je důležité odstranit zejména z důvodu vnosu písku do biologického stupně čištění a také z důvodu ochrany technologických zařízení ČOV, kde může způsobovat abrazi. Při jeho nahromadění pak může dojít i ke snížení účinného objemu nádrží. V následujícím

grafu

je

zobrazena

naměřená

měrná

hmotnost

písku

z jednotlivých ČOV, která byla naměřena pyknometrickou metodou ze vzorků, které byly sbírány v roce 2008. Graf č. 10: Měrná hmotnost písku z čistíren odpadních vod

objemová hmotnost [kg.m-3]

Měrná hmotnost písku z čistíren odpadních vod

3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0

- 55 -

Tab. č. 10: Měrná hmotnost písku stanovená pyknometrickou metodou u vybraných ČOV

Pro větší přesnost měření bylo měření z roku 2008 znovu zopakováno i v letech 2010-2012. Z datového souboru byla však pro velkou pracnost vybrána již pouze ČOV Zbraslav. Jednotlivá měření byla rovnoměrně rozložena do jednotlivých období v rámci roku, aby se experimentálně ověřilo, zda měrná hmotnost čistírenského písku v průběhu roku kolísá v závislosti srážkových událostí apod., či zůstává téměř neměnná. Následující graf zobrazuje naměřené výsledky. Graf č. 11: Měrná hmotnost písku [kg.m-3] na ČOV Zbraslav v letech 2010-2012

Měrná hmotnost písku[kg*m-3]

Měrná hmotnost písku v ročních obdobích 2500 2000 4) zima 2012

1500 2433,71 1000

2228,56

2373,761

3) Podzim 2011 1922,214

2) Léto 2010 1) Jaro 2010

500

0 1

2

3

4

Roční období

(Průměrná hodnota za dané období je 2240kg.m-3) - 56 -

Porovnáme-li dva výše uvedené grafy s konkrétním zaměřením na ČOV Zbraslav, je patrné, že se hodnoty během roku mění jen minimálně a na jednotlivých čistírnách je rozdíl způsoben zřejmě lokálními událostmi, jako je oprava kanalizační sítě a další.

4.3.3.1 Stanovení granulometrie - sítový rozbor Kamenivo je definováno jako polydisperzní partikulární látka. Skládá se ze zrn různé velikosti a tvaru, toto je definováno zrnistostí kameniva, přičemž se velikost zrn a jejich podílové zastoupení v množině se stanovují sítovým rozborem. Množina zrn zachycených na sítě se nazývá frakcí, normová sada sít se čtvercovými otvory je následující: 0,063 – 0,125 – 0,5 – 1 – 2 – 4 – 8 – 16 – 32 – 63 – 125 [mm]. Vzhledem k charakteru zpracovávaného materiálu byla pro potřeby této práce dostatečná sada sít 0,063 – 0,125 – 0,5 – 1 – 2 – 4 – 8 – 16 [mm]. Zrnitost jednotlivých vzorků je znázorněna na obr. 3 – 8.

Graf č. 12: Zůstatky jednotlivých frakcí písku na sítě ČOV Tetčice

zastoupení frakce [%]

Zůstatky jednotlivých frakcí písku na sítě ČOV Tetčice 35 30 25 20 15 10 5 0 16

8

4

2

1

0,5

velikost síta [mm]

- 57 -

0,25

0,125

0,063

Graf č. 13: Zůstatky jednotlivých frakcí písku na sítě, ČOV Střelice

zastoupení frakce [%]

Zůstatky jednotlivých frakcí písku na sítě ČOV Střelice 30 25 20 15 10 5 0 16

8

4

2

1

0,5

0,25

0,125

0,063

velikost síta [mm]

Graf č. 14: Zůstatky jednotlivých frakcí písku na sítě, ČOV Zbraslav

zastoupení frakce [%]

Zůstatky jednotlivých frakcí písku na sítě ČOV Zbraslav 60 50 40 30 20 10 0 16

8

4

2

1

0,5

velikost síta [mm]

- 58 -

0,25

0,125

0,063

Graf č. 16: Zůstatky jednotlivých frakcí písku na sítě, ČOV Ořechov

zastoupení frakce [%]

Zůstatky jednotlivých frakcí písku na sítě ČOV Ořechov 30 25 20 15 10 5 0 16

8

4

2

1

0,5

0,25

0,125

0,063

velikost síta [mm]

Graf č. 17: Zůstatky jednotlivých frakcí písku na sítě, ČOV Blansko

zastoupení frakce [%]

Zůstatky jednotlivých frakcí písku na sítě ČOV Blansko 30 25 20 15 10 5 0 16

8

4

2

1

velikost síta [mm]

- 59 -

0,5

0,25

0,125

0,063

Graf č. 18: Zůstatky jednotlivých frakcí písku na sítě, ČOV Boskovice

zastoupení frakce [%]

Zůstatky jednotlivých frakcí písku na sítě ČOV Boskovice 30 25 20 15 10 5 0 16

8

4

2

1

0,5

0,25

0,125

0,063

velikost síta [mm]

4.4 Způsoby nakládání s čistírenskými písky a jejich využití 4.4.1 Roční produkce písku na jednotlivých čistírnách odpadních vod O množství písku, který na zkoumaných ČOV vzniká, informuje následující tabulka produkce písku na jednotlivých ČOV v letech 2007, 2008 a 2009 (Zdroj dat: VAS, a.s. divize Boskovice).

- 60 -

Tab. č. 11: Roční produkce písku z jednotlivých čistíren

(Zdroj:Vodárenská akciová společnost) Jak již bylo uvedeno v první části diplomové práce, řadí se odpad z lapáku písku do kategorie ostatních odpadů. Nejčastější způsob nakládání je deponace na příslušnou skládku dané kategorie. Uložení tohoto odpadu na skládku je samozřejmě zpoplatněno a poplatky za uložení čistírenského písku tvoří část nákladů na provoz ČOV.

4.4.2 Poplatky za skládkování čistírenského písku Tabulka nám ukazuje vývoj poplatku za ukládání odpadu na skládkách v posledních letech. Při známé roční produkci písku je možné odhadnout výši nákladů na odstraňování tohoto odpadu. Tab. č. 12: Současné sazby za ukládání odpadu

- 61 -

Lze předpokládat stoupající tendenci vývoje cen poplatků za uložení ostatního odpadu na skládku. Toto je patrné i z uvedené tabulky, kdy ročně cena stoupala o 100 Kč za tunu odpadu. Pro srovnání lze uvést ceny za uložení odpadu v zemích západní Evropy: Dánsko 1500 Kč, Nizozemsko 891 Kč, Norsko 1125 Kč, Švýcarsko 2700-3150 Kč (www.hnutiduha.cz) Obr. č. 9: Sazba základního poplatku za ukládání odpadů v Kč/t (kalendářní rok)

Pokud by se v praxi zavedla myšlenka této diplomové práce a do budoucna by byl čistírenský písek považován za nebezpečný odpad, byly by poplatky za uložení nebezpečného odpadu ještě navýšeny o poplatek za rizikovou složku, jak uvádí příloha č.6 zákona 185/2001 Sb., o odpadech a ve znění pozdějších předpisů. To by však pro čistírny odpadních vod znamenalo další navýšení nákladů nebo hledání jiných řešení pro nakládání s tímto odpadem, které by bylo šetrnější k životnímu prostředí.

4.4.3 Využití čistírenského písku Použití písku ve stavebnictví je dáno normami ČSN EN 13139 Kamenivo pro malty a ČSN EN 12620+A1 Kamenivo do betonu. Obsahem norem jsou kritéria různých frakcí včetně drobného kameniva, jehož zrna jsou menší nebo rovné 4mm. V normách sou obsaženy i požadavky geometrické, chemické a fyzikální vlastnosti.

- 62 -

Geometrické vlastnosti: · frakce kameniva · zrnitost · tvar zrn · obsah jemných částic Fyzikální vlastnosti: · objemová hmotnost zrn · nasákavost vodou · odolnost proti zmrazování a rozmrazování Chemické vlastnosti: · chloridy · složky obsahující sírany · složky, které ovlivňují průběh tuhnutí a tvrdnutí malty · trvanlivost

Složky kameniva s obsahem jílovitých materiálů, humusových látek, cukrů, tuků atd., ovlivňují tvrdnutí a tuhnutí malty. Jejich vliv na počátek tuhnutí a pevnost v tlaku dále podrobněji rozebírá norma 15.3 EN 1744-1:1998. Norma stanovuje množství látek tak aby: ·- prodloužení začátku tuhnutí malty nebylo delší než 120 minut ·- snížení pevnosti v tlaku po 28 dnech zkušebních těles nebylo více než o 20 % Přítomnost organických látek se stanovuje podle 15.1 EN 1744-1:1998 (zkoušky hydroxidem sodným). Dále se stanovují fulvokyseliny v případě, že výsledky ukazují na přítomnost humusových kyselin podle 15.2 EN 1744-1:1998. Podrobnější výčet podmínek není předmětem této práce, nicméně z výše uvedených norem je zřejmé, proč nelze užívat čistírenské písky ve stavebnictví jako přísadu do malty apod. Navíc je potřeba počítat s faktem, že každá čistírna má - 63 -

specifickou technologickou linku a odpady z ní se v rámci různých ČOV liší, protože do jisté míry záleží na faktorech jako horninové podloží, stav kanalizace a odkanalizování a dalších. Problematiku nadměrného obsahu organického podílu v píscích jednotlivých ČOV je možné řešit několika způsoby. Nejméně ekonomicky výhodné pro menší ČOV se však jeví instalace pracích zařízení. Ty jsou sice schopny účinně odseparovat organický podíl z písku, ale jeví se investičně jako nerentabilní. Východiskem může být instalace centrálního pracího zařízení na ČOV větší kapacity, kdy dochází k menším výkyvům látkového zatížení. Do takové centrální ČOV by se svážely písky z ostatních čistíren. Jako investičně nejvýhodnější se jeví v tomto případě ČOV Modřice s projektovanou kapacitou 513 300 EO. Pro tyto účely by bylo vhodné instalovat například pračku písku RoSF 4/t od firmy Huber, která separuje minerální látky od látek organických. Poté, co je odstraněn organický materiál, čistý písek projde třídícím míchadlem, dále pak je staticky odvodněn a přemístěn do kontejneru. Výsledný podíl organických složek je méně než 3%. Konečný „ produkt “ se vyznačuje vysokým podílem pevných látek (nad 90%) Tento údaj také dokládají hodnoty organického podílu u zkoumaných vzorků písku z ČOV Tetčice a Zbraslav, kde jsou podobná zařízení již instalovaná. Dalším přínosem je eliminace případné kontaminace písků patogenními mikroorganismy, které se v čistírenských píscích mohou vyskytovat. Obr. č. 10: Pračka písku RoSF 4/t

- 64 -

Takto vyčištěný písek lze bez problémů přirovnat k písku, který se užívá ve stavebnictví tam, kde nemají velké opodstatnění geometrické, chemické a fyzikální vlastnosti, např.: -

Obsyp plynových rozvodů potrubí, elektrického vedení a přípojek

-

Spárování dlažby a její podsyp

-

Údržba komunikací v zimě jako posypový materiál

-

Zasyp a obsyp kanalizační soustavy

-

Míšení zemin za účelem odlehčování hmotnosti, přísada do kompostu

Takovéto příklady využití mají však i environmentální charakter, jelikož se často využívá zbytečně kvalitního materiálu pro tyto účely, lze kvalitnější materiál šetřit a užívat čistírenského písku a vracet ho tak do koloběhu. Vezmeme-li si modelový příklad využití k zásypu kanalizací či terénním úpravám, lze provést jednoduchou kalkulaci zisku z prodeje zpracovaného písku pro tyto účely. Počítáme-li hypoteticky s jedním svozovým místem pro všechny v této práci uvedené ČOV, pak: · Roční produkce písku činí 194,5Mg · Prodejní cena, písek kopaný (fr. 0-4 mm) 114.00 Kč.Mg-1 · Předpokládaný zisk z prodeje písku je 22 000 Kč. (Zdroj cen: www.piskovna-cernovice.cz)

5. Diskuze Odpad z lapáku písku je v současnosti zařazen mezi ostatní odpad a je veden v Katalogu odpadů pod katalogovým číslem 19 08 02, který je stanoven vyhláškou 381/2001Sb. Faktem ale zůstává, že čistírenský písek může nabývat minimálně jednu či více nebezpečných vlastností, které jsou uvedeny v příloze č.2, Zákona č. 185/2001 Sb., o odpadech a o změně některých dalších zákonů a ve znění pozdějších předpisů. Měl by se tedy přehodnotit přístup k jeho zařazování do kategorie ostatních odpadů a zařazovat ho pod nebezpečný odpad. Čistírenský písek končí nejčastěji uložením na skládku v souladu s vyhláškou 294/2005 Sb., o podmínkách ukládání odpadu na skládky a jejich využívání na povrchu - 65 -

terénu, ve znění pozdějších předpisů. Toto může být v některých případech v rozporu s Plánem odpadového hospodářství Jihomoravského kraje, který se zavazuje snížit podíl biologicky rozložitelného odpadu ukládaného na skládku. Pokud je ukládán biologicky rozložitelný odpad na skládku ostatních odpadů, může docházet k zvýšené tvorbě skládkového plynu. Jak se prokázalo při stanovení průměrného zastoupení organického materiálu v sušině u jednotlivých písků, může se hodnota organického materiálu v sušině pohybovat u některých vzorků i kolem 74 % (Jedovnice) Z tabulky č.7 je patrné, že nejlépe pracuje lapák na ČOV Zbraslav a Tetčice, což je částečně dáno technickým vybavením linky, kdy je instalována prací technologie firmy HUBER. Nadměrný obsah organického podílu v čistírenských píscích je možno řešit několika způsoby dle eventuelních možností dané čistírny, například instalací centrálního pracího zařízení písku na větší ČOV v ekonomicky přijatelné svozové vzdálenosti. V tomto případě se jako nejvýhodnější jeví ČOV Modřice, která může lépe odolávat změnám látkového zatížení, jelikož je projektována na kapacitu 513 000 EO. Další možností je instalace vhodnějšího typu lapáku písku, oprava kanalizačního systému v případě netěsností a zanášení a v případě dostatečného množství financí změna kanalizační soustavy, protože obsah organického materiálu v písku je ovlivněn zejména jejím typem. Příčinou problému však může být i nedodržování provozního řádu, jako je nadměrná průtočná rychlost nebo špatná dimenzace objemu lapáku písku. Mechanické vlastnosti čistírenských písků byly měřeny v poměrně širokém časovém horizontu v rozmezí let 2008-2012 na devíti čistírnách v Jihomoravském kraji a v kraji Vysočina. Díky tomu se podařilo upřesnit informace o reálném složení písků. Tyto data pak mohou lépe posloužit k návrhu řešení problematiky lapáků písku a systému mechanického předčištění, které je konstruováno na nižší sypnou hmotnost písku, jakou uvádí odborná literatura (1500 - 2700 kg ∙ m-3). Např. Herle (1962) uvádí 1500 kg/m3. Při zpracování mechanické analýzy se pohybovala měrná hmotnost písků z jednotlivých čistíren v rozmezí 2240kg.m-3 do 3152kg.m-3. Tento fakt může působit problém při návrhu lapáku písku, který je koncipován na nižší sedimentační rychlosti. Odlišnou měrnou hmotnost písku u některých ČOV může způsobit mimo jiné i výskyt písek či kamenivo zpracovávající firmy či jiného průmyslového podniku pracujícího s materiálem na podobné bázi, ze které se dostává písek do stokové sítě. - 66 -

Při

granulometrickém

rozboru

se

určily

zrnitostní

vlastnosti

písku

z vybraných čistíren. Stanovení granulometrie čistírenského písku je vodítkem při výpočtu jejich sedimentace, přičemž závisí u každé částice na jejím povrchu, rychlosti jakou je unášena a velikostí. Toto je dalším důležitým faktorem pro návrh lapáku písku, pomineme- li měrnou hmotnost písku. Literatura uvádí velikosti částic od velikosti 0,1-0,2mm (Pošta, 2006) a 0,2-0,25mm (Vítěz, 2008). Granulometrické rozbory byly provedeny konkrétně u 6 vybraných ČOV. Nejčastěji zastoupeny byly frakce 2-0,25mm. Písek o této velikostní frakci se sice poměrně hojně užívá ve stavebnictví, v tomto případě je ale jeho použití omezeno normami Kamenivo pro malty a Kamenivo do betonu ČSN EN 13139 a ČSN EN 12620+A1. Dalším problémem užití je mikrobionální kontaminace, která je vázána na organický podíl čistírenského písku. U větších částic lze již odvodit jejich původ a následně pak eliminovat u zdroje jejich nadměrné vnášení do systému. ·

- 67 -

6. Závěr Motivem pro tuto práci byly čistírenské písky, jakožto odpad z mechanického předčištění. Toto téma bylo zvoleno zejména proto, že mu není v odborné literatuře věnována dostatečná pozornost a řada provozovatelů mu nepřikládá takovou důležitost, jako ostatním odpadům, které vznikají při čistírenské činnosti. Práce měla za cíl blíže specifikovat, ověřit či vyvrátit fakta, která byla o čistírenském písku zatím publikována, zejména pak objektivně posoudit zda má čistírenský písek nějaké nebezpečné vlastnosti či nikoliv. Mechanicko-fyzikální údaje o vlastnostech písku se ověřovaly z důvodu posouzení správnosti údajů, které se používají pro návrh lapáku písku. V praxi tyto informace často chybějí a díky nesprávné funkci lapáku písku pak dochází k nedostatečné separaci organického podílu

v návaznosti

na

snižování

účinnosti

biologického

stupně

čištění

a poškozování technologického vybavení čistírny abrazí. Mikrobionálním rozborem písku z daného souboru vybraných čistíren se ukázala u některých čistíren značná proměnlivost, například v ČOV Střelice byl naměřen mezi jednotlivými vzorky až 160ti násobný rozdíl v počtech koliformních mikroorganizmů a 470ti násobný rozdíl v počtech enterokoků (graf č.3 a 4). Naopak jako poměrně stabilní se v průběhu 4 měsíců, kdy byly odběry a měření prováděny, ukázaly vzorky z ČOV Tetčice. Relativně vysoká stabilita byla prokázána i u vzorků ČOV Zbraslav, kdy se porovnávaly konkrétně naměřené hodnoty z prosince let 2008 a 2011. Stanovovaly se indikátorové skupiny mikroorganizmů, které jsou běžně stanovovány v čistírenských kalech před případnou aplikací do zemědělské půdy. Z grafu č.3, je zřejmá vysoká kontaminace vzorků koliformními

bakteriemi.

Konfrontujme-li

výsledky

s kritérii

pro

použití

kalů II. kategorie na zemědělské půdě, nevyhovuje daným kritériím jedna třetina vzorků čistírenského písku. Výskyt enterokoků a fekálních koliformních bakterií však již kritériím vyhovuje (graf č.4 a 5). Mikrobionální zatížení lze odhadnout a stanovit již podle množství organického materiálu ve vzorcích pomocí metody ztráty žíháním. Byla porovnána závislost procentuálního podílu sušiny a ztráty žíháním jednotlivých vzorků. - 68 -

Z grafu č.9 vyplývá vysoká korelace obou parametrů. Při stanovení průměrného zastoupeni organického materiálu v sušině se u jednotlivých písků, pohybovala hodnota organického materiálu v sušině v případě ČOV Jedovnice 74%. Z tabulky č.7: je patrné, že nejlépe pracuje lapák na ČOV Zbraslav a Tetčice, kde podíl organického materiálu v sušině osciluje kolem 2%, což je částečně dáno technickým vybavením linky, kdy je instalována prací technologie. Mechanické vlastnosti písku se stanovovaly zejména za účelem zpřesnění informací o čistírenském písku uváděných v odborné literatuře. Vyhodnocení jednotlivých vzorků

písku

potvrdilo domněnku značné

variability mezi

jednotlivými čistírnami a lišilo se i od údajů uváděných v literatuře. Měrná hmotnost písků z jednotlivých čistíren se pohybovala v rozmezí 2240kg.m-3 do 3152kg.m-3. V průměru je tato hodnota vyšší než uvádí literatura, která je podkladem pro návrh lapáků písku. Díky tomu je i vysvětlena skutečnost, že lapáky na většině vybraných z devíti vybraných čistíren nepracují správně, protože jsou koncipovány na nižší měrnou hmotnost písku, jsou předimenzované a spolu s pískem se v nich usazují i organické látky, které pak chybějí v biologickém stupni čištění odpadních vod. Sítové rozbory písku ukazují na nejčetnější zastoupení frakce o velikosti 2-0,25mm.

Díky

zvýšené

koncentraci

organického

materiálu

v písku

a mikrobionální kontaminaci je jeho použití ve stavebnictví nemožné, pokud by předtím neprošel prací linkou. Závěrem je třeba říci, že tato práce a její výsledky nemají za cíl nabádat k zpřísnění limitů pro provozovatele nebo k úpravě zákona. Jejím smyslem je zpřesnit a rozšířit informace o čistírenském písku a dát tak vodítko pro návrh lapáků písku, které by pracovaly správně a nevynášely ze systému předčasně organický substrát, který je tolik potřeba při denitrifikaci a v mnoha případech se pak užívají technologie k dávkování rychle odbouratelného organického substrátu z externích zdrojů, místo toho aby se zkvalitnil systém mechanického předčištění.

- 69 -

7. SEZNAM LITERATURY 

DVODNĚNÍ POZEMNÍCH KOMUNIKACÍ, TECHNICKÉ PODMÍNKY, Schváleno: MD-OI č. j. 753/08-910-IPK/1 ze dne 21. 8. 2008 s účinností od 1. září 2008 se současným zrušením TP 83 schválených MDS-OPK č. j. 22809/97 – 120 ze dne 26. 8. 1997, Ministerstvo dopravy, Praha, 2008



IMHOFF, K., 1953.Taschenbuch der Stadtentwässerung. Berlin: Verlag Technik.



TORGAL, F. P. a J. P. CASTRO-GOMES, 2006. Inuence of physical and geometrical properties of granite and limestone aggregates on the durability of a C20/25 strength class concrete. Construction and Building Materials. 20(10), 1079{1088. ISSN 0950-0618.



VÍTĚZ, ET. AL. Výzkum sedimentace částic v lapáku písku pomocí experimentálního zařízení. Littera Scripta. 2011, 4(2), 1{9. ISSN 1802-503X.



KOLEKTIV AUTORŮ: Čištění odpadních vod, jako nástroj k ochraně životního prostředí v zemědělské praxi a na venkově, skripta Mendlovy lesnické a zemědělské univerzity, Brno, 2007



VLADIMÍR KREJČÍ ET AL. Odvodnění urbanizovaných území, NOEL 2000



Doc. RNDr. HUBERT FADRUS, CSc. Čištění průmyslových odpadních vod. NOEL 2000



VÍTĚZ, T., GRODA, B. Čištění a čistírny odpadních vod. Brno: MZLU: 2008



JAN ŠÁLEK, VÁCLAV TLAPÁK, Přírodní způsoby čištění povrchových a odpadních vod, ČKAIT, s.r.o., Praha 2006)



HERLE, J. et al. Vodohospodářské tabulky. Praha: SNTL, 1962.



MACHALA, VÍTĚZ, Studijní prezentace předmětu čištění a čistírny odpadních vod, Mendelova universita, 2008 - 70 -



PETR HLAVÍNEK, PETR PRAXIS, PETR HLUŠTÍK, RADIM MIFEK, Stokování a čištění odpadních vod, Modul 2, Brno 2006



DOŠEK, Rozbor funkce čistírny odpadních vod, bakalářská práce, Mendelova universita Brno, 2008



KADLEC, Nakládání s písky z čistíren odpadních vod, diplomová práce, Mendelova universita, Brno, 2010



ČSN ISO 7033. Drobné a hrubé kamenivo do betonu. Stanovení objemové hmotnosti a nasákavosti - mimo prášků pro slinuté karbidy – Metoda pyknometrická. Praha: Český normalizační institut, 1993



ČSN EN ISO 6887-1:1999 Mikrobiologie potravin a krmiv



ČSN 83 0550-1, 830550, Fyzikálně chemický rozbor kalů



TNI CEN/TR 15310-1 - Charakterizace odpadů - Vzorkování odpadů



ČSN EN 933-1. Zkoušení geometrických vlastností kameniva – část 1: Stanovení zrnitosti. Praha: Český normalizační institut, 1998



ČSN 75 7350 (757350) - Jakost vod, stanovení ztráty žíháním nerozpuštěných látek



ČSN EN 13139 Kamenivo pro malty. Praha: Český normalizační institut, 2004



ČSN EN 12620+A1 Kamenivo do betonu. Praha: Český normalizační institut, 2008.



ČSN EN 1744-1 (721196) Zkoušení chemických vlastností kameniva

Internetové zdroje: 

www.envigroup.cz, http://www.envigroup.cz/www/podnikova-ekologie/katalogodpadu/katalog-odpadu-19.html, [citováno 20. 3. 2012]

- 71 -



www.ceho.cz, http://www.ceho.cz/fileadmin/user_upload/CeHO/skladky/Atlas_ odpady_3.pdf, citováno 10. 2. 2012, [citováno 10. 3. 2012]



www.krajihomoravsky.cz, http://www.krajihomoravsky.cz/Default.aspx?PubID =4945&TypeID=2, citováno 15. 3. 2012 [citováno 10. 2. 2012]



www.casopisstavebnictví.cz, http://www.casopisstavebnictvi.cz/planovaniodvad eni-a-cisteni-odpadnich-vod-v-horskych-oblastech_A98_I5, [citováno 12. 1. 2012]



www. homen.vsb.cz, http://homen.vsb.cz/hgf/546/Materialy/Radka_2010/mc.ht ml, [citováno 19. 1. 2012]



www.hachlange.cz, http://www.hachlange.cz/countrysites/action_q/download% 3Bdocument/DOK_ID/14785897/type/pdf/lkz/CZ/spkz/cs/TOKEN/blGhTzSM1 467KAhyobwfgHEF8bk/M/CaFQ-g, [citováno 1. 3. 2012]



www.isoh.cenia.cz, http://isoh.cenia.cz/groupisoh/fin.php [citováno 16. 3. 2012]



www.hnutiduha.cz, http://hnutiduha.cz/uploads/media/Skladkovy_spalovaci_po platek.pdf, [citováno 19 3. 2012]



www.hubercs.cz, http://www.hubercs.cz/cz/produkty/separace-a-upravapisku/pracky-pisku/rotamatr-pracka-pisku-rosf-4t.html [citováno 25. 12. 2011]



www.piskovnacernovice.cz , http://www.piskovna-cernovice.cz/sortiment-aceny.aspx, [citováno 20. 2. 2012]

8. SEZNAM OBRÁZKŮ 

Obr. Č. 1: Grafické znázornění průtoku odpadní vody přes jednotlivá zařízení ČOV



Obr. č. 2: Rotační česle od firmy Huber – ROTAMAT



Obr. č. 3: Česle HUBER Ro 9 – ČOV Nové Město na Moravě - 72 -



Obr. č. 4: Dosazovací nádrž



Obr. č. 5: Zjednodušené schéma procesu biologického čištění



Obr. č. 6: Pyknometr



Obr. č. 7: Vzorky písku po 20 minutách třepání v destilované vodě



Obr. č. 8: Vzorky písku po vysušení



Obr. č. 9: Sazba základního poplatku za ukládání odpadů v Kč/t (kalendářní rok)



Obr. č. 10: Pračka písku RoSF 4/t

9. SEZNAM TABULEK 

Tab. č. 1: Cíl č. 12 odpadového plánu Jihomoravského kraje



Tab. č. 2: Obsah sušiny u vzorků odpadních písků



Tab. č. 3: Příčiny a důsledky biologických nutrietů ve stadiu biologického čištění odpadních vod



Tab. č. 4: Příčiny a důsledky biologických nutrietů ve stadiu biologického čištění odpadních vod



Tab. č. 5: Nakládání s odpadem čistírenskými písky pro rok 2010



Tab. č. 6 : Vlastnosti vybraných druhů hornin



Tab. č. 7 Průměrné hodnoty sušiny a organické sušiny z jednotlivých čistíren odpadních vod



Tab. č. 8: Mikrobiologická kritéria pro užití kalů na zemědělské půdě



Tab. č. 9: Porovnání zastoupení sledovaných skupin mikroorganismů v měsíci prosinci v na ČOV Zbraslav.

- 73 -



Tab. č. 10: Měrná hmotnost písku stanovená pyknometrickou metodou u vybraných



Tab. č. 11: Roční produkce písku z jednotlivých čistíren



Tab. č. 12: Současné sazby za ukládání odpadu

10. SEZNAM GRAFŮ 

Graf č. 1: Růstová křivka mikroorganismů



Graf č. 2: Ztráta žíháním u vzorků písků z ČOV



Graf č. 3: Koliformní bakterie a E. coli ve vzorcích písku z různých ČOV



Graf č. 4: Enterokoky ve vzorcích písku z různých ČOV



Graf č. 5: Fekální koliformní bakterie ve vzorcích písku z různých ČOV



Graf č. 6: Závislost kontaminace vzorků koliformními mikroorganismy na obsahu organické sušiny



Graf č. 7: Závislost kontaminace vzorků enterokoky na obsahu organické sušiny



Graf

č.

8:

Závislost

kontaminace

vzorků

fekálními

koliformními

mikroorganismy na obsahu organické sušiny 

Graf č. 10: Měrná hmotnost písku z čistíren odpadních vod



Graf č. 11: Měrná hmotnost písku [kg.m-3] na ČOV Zbraslav v letech 2010-2012



Graf č. 12: Zůstatky jednotlivých frakcí písku na sítě ČOV Tetčice



Graf č. 13: Zůstatky jednotlivých frakcí písku na sítě, ČOV Střelice



Graf č. 14: Zůstatky jednotlivých frakcí písku na sítě, ČOV Střelice



Graf č. 15: Zůstatky jednotlivých frakcí písku na sítě, ČOV Zbraslav



Graf č. 16: Zůstatky jednotlivých frakcí písku na sítě, ČOV Ořechov

- 74 -



Graf č. 17: Zůstatky jednotlivých frakcí písku na sítě, ČOV Blansko



Graf č. 18: Zůstatky jednotlivých frakcí písku na sítě, ČOV Boskovice

- 75 -