Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky

Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky

Rozbor funkce čistírny odpadních vod Bakalářská práce

Vedoucí práce: Ing.Tomáš Vítěz, Ph.D.

Vypracoval: Michal Došek Brno 2008

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, ţe jsem bakalářskou práci na téma Čištění odpadních vod v obci do 2000 EO vypracoval samostatně a pouţil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloţeném seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a můţe být pouţita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana AF MZLU v Brně. dne…………………………………………………… podpis studenta……………………………………….

2

PODĚKOVÁNÍ Tímto bych chtěl poděkovat svému vedoucímu bakalářské práce Ing. Tomáši Vítězovi, Ph.D za metodické vedení při zpracovávání této práce, jakoţto i za předání zkušeností a odbornou pomoc a ochotu. Dále bych chtěl poděkovat za ochotu a poskytnutí cenných materiálů starostovi Zbraslavi, Karlu Brymovi, a technickému dozoru ČOV Zbraslav panu Ing. Jelínkovi za předání informací o čistírně, bez kterých bych nebyl schopen dokončit tuto bakalářskou práci.

3

ABSTRAKT Tato bakalářská práce na téma „Rozbor funkce čistírny odpadních vod“ se zaměřuje obecně na proces čištění odpadní vody od jejího přítoku na čistírnu aţ po její vypuštění do recipientu. Popisuje také funkci konkrétní vybrané čistírny odpadních vod. Úvodní část zahrnuje legislativu, která je spojena s čistírnami odpadních vod a s odpady které zde vznikají. Druhá část zahrnuje rozbor a popis technologických zařízení vyskytujících se na čistírnách a příklady nejčastější struktury. Dále přibliţuje některé metody a principy mechanicko - biologiského čištění. Třetí část popisuje celý proces čištění odpadních vod a průtok odpadní vody čistírnou od jejího vstupu aţ po vypouštění. Zaměřuje se na biologické, mechanické a chemické čištění. Jsou zde rozebrány druhy odpadů, které vznikají při procesu čištění a moţnosti jejich vyuţití. Závěrečná část se jiţ zaměřuje na popis konkrétní čistírny odpadních vod ve Zbraslavi u Brna a nakládání s odpadní vodou v této obci.

4

ABSTRACT The bachelor

thesis with the topic „Analysis of function of the wastewater

treatment plant“ focuses on the process of wastewater treatment from wastewater inflow till it is drain to the recipient. An description of process of selected wastewater treatment plant have been made. Introduction contains actual legislation, which relates with wastewater trament plant and with waste which is produced on the site. In the second part of the thesis I discuss technological mechanism and the most common structure. Then there are some methods and principles of mechanic - biological water purification. The third part informations about the whole water purification process and flowage wastewater from the begin to the drainage. It means especially biological, mechanicmal and chemical purification. Than I describe the processes coming from the wastewater trament plant and the possibilities of their use. Finally there are a few words about the specific wastewater trament plant in Zbraslav and disposal with wastewater in this village.

KLÍČOVÁ SLOVA Čistírna odpadních vod – wastewater trament plant Odpad - waste Kal - sludge Odpadní voda – wastewater

5

OBSAH:

1.

ÚVOD .......................................................................................................................... 8

2. 3. 4.

CÍL ............................................................................................................................... 9 HISTORIE ................................................................................................................... 9 LEGISLATIVA ......................................................................................................... 10 4.1 Evropská unie ........................................................................................................... 10 4.2 Česká republika ........................................................................................................ 11 4.2 Povolení k nakládání s vodami ................................................................................ 12

4.3 Vypouštění odpadních vod....................................................................................... 12 5. Funkce ČOV a přidruţených zařízení ........................................................................ 13 5.1 Globální pohled na ČOV.......................................................................................... 15 5.2 Hlavní dělení ČOV................................................................................................... 15 6. ROZBOR FUNKCE ČOV ......................................................................................... 18 6.1 Přítok vody na ČOV ................................................................................................. 18 6.2 Mechanické předčištění............................................................................................ 18 6.3 Biologické čištění ..................................................................................................... 24 6.3.1 Aktivační proces ............................................................................................... 26 6.3.2 Aktivovaný kal .................................................................................................. 27 6.3.3 Růst kalu ........................................................................................................... 28 6.3.4 Odstranění dusíku ............................................................................................. 28 6.3.4 Odstranění fosforu ............................................................................................ 30 6.4 Anaerobní čištění ..................................................................................................... 32 6.5 Kaly z čistíren odpadních vod .................................................................................. 32 6.5.1 Stabilizace kalu – Rozdělení metod .................................................................. 34 6. 5.2 Zmenšování mnoţství produkovaného kalu ................................................... 35 6.5.3 Odvodnění kalu a jeho úprava .......................................................................... 35 7. STAV ČIŠTĚNÍ ODPADNÍCH VOD V OBCI ZBRASLAV .................................. 36 7.1 Nakládání s odpadními vodami ve Zbraslavi ........................................................... 37 7.1.1 Charakteristika recipientu ................................................................................. 38 7.2 Technologický popis zařízení ČOV Zbraslav ......................................................... 39 7.2.1 Vstupní čerpací stanice ..................................................................................... 42 7.2.2 Deštová zdrţ ...................................................................................................... 42 7.2.3 Jemné česle, lapák písku ................................................................................... 42 7.3 Biologická část ......................................................................................................... 42 7.3.1 Aktivační nádrţ ................................................................................................. 43 7.3.2 Dosazovací nádrţ .............................................................................................. 43 7.3.3 Chemické sráţení fosforu.................................................................................. 43 7.4 Kalové hospodářství ................................................................................................. 43 7.4.1 Uskladňovací nádrţ ........................................................................................... 43 7.5 Popis ostatních objektů ČOV ................................................................................... 44

6

7.5.1 Provozní budova ............................................................................................... 44 7.5.1 Výůstní objekt ................................................................................................... 44 8. ÚČINNOST ČIŠTĚNÍ ODPADNÍCH VOD VE ZBRASLAVI ............................... 44 9. DISKUZE .................................................................................................................. 50 10. ZÁVĚR ...................................................................................................................... 52 11. SEZNAM POUŢITÉ LITERATURY A PRAMENŮ ................................................. 53 12. SEZNAM TABULEK ................................................................................................. 54 13. PŘÍLOHY .................................................................................................................. 55

7

1. ÚVOD Ochrana vod je jedním z nejdůleţitějších úkolů v oblasti ţivotního prostředí a zároveň i nejnáročnější oblastí z hlediska vstupu České republiky do Evropské unie. Cílem je v souladu s poţadavky legislativ Evropské unie zlepšování stavu vodních toků, vodních ekosystémů a podpora trvale udrţitelného uţívání vod. Jakost povrchových vod ovlivňují především bodové zdroje znečištění (města a obce, průmyslové závody a objekty soustředěné zemědělské výroby). Voda po pouţití od obyvatelstva, na kterou se v této práci zaměřím především, má změněné vlastnosti (obsah znečišťujících látek, teplota, apod.) a nazýváme ji vodou odpadní. Tato odpadní voda vypouštěná do povrchových vod způsobuje nejen estetické problémy, ale především vnáší do recipientů organické látky, toxiny, patogenní mikroorganismy a další látky působící negativně na vodní ekosystém. Mikrobiálním rozkladem organických látek a amoniakálního dusíku v recipientu dochází k výraznému úbytku rozpuštěného kyslíku coţ má velmi negativní vliv na moţnosti existence vyšších ţivočichů v toku. Vnášení nutrietů způsobuje eutrofizaci toku, která se projevuje mimo jiné nárůstem řas a sinic, které způsobují další závaţné problémy. Je třeba také upozornit, ţe ovlivnění povrchových vod vodami odpadními není jen záleţitostí lokální a krátkodobou. Eutrofizace se projevuje i na vzdálenost desítek kilometrů a chronická toxicita představovaná především látkami usazenými v nánosech a splaveninách na dně toku působí negativně i desítky let. Ochrana ţivotního prostředí a především vodních ekosystémů vyţaduje čištění odpadních vod v bodových zdrojích znečištění na míru přijatelnou ekosystému daného toku. Úroveň ochrany vod před znečištěním se nejčastěji hodnotí podle vývoje vyprodukovaného znečištění.

8

2. CÍL Cílem předloţené bakalářské práce na téma „Rozbor funkce čistírny odpadních vod“ je popsat různé metody a technologie čištění odpadních vod, se kterými můţeme přijít na čistírnách běţně do styku. Práce hodnotí i současný stav problematiky a obecně popisuje funkci čistírny odpadních vod. Ve druhé části je pak stručně analyzována konkrétní čistírna odpadních vod, její technologie a účinnosti.

3. HISTORIE Počátky budování kanalizačních soustav můţeme vystopovat jiţ ve staré Mezopotámii kolem roku 2050 BC v mezopotámských a protoindických městech, zejména v chrámových komplexech. V Mezopotámii jsou archeologicky doloţeny splachovací záchody, z nichţ se fekálie splachovaly bezprostředně do kanalizace. Také v sumerských městech byly budovány rozvětvené kanalizace včetně domovních přípojek. V době 1500 BC byly na Krétě v Knóssu koupelny, splachovací záchody a dokonce trojitá oddílná kanalizace. Nejčistší dešťová voda byla jímána, povrchová dešťová voda byla odváděna do rybníků a splašková voda kamennou kanalizací do moře. Velké metropole starověkého světa, ať jiţ ve Středomoří či v Asii, byly z hlediska stokování vybaveny mnohem dokonaleji, neţ hlavní města ranně středověkých křesťanských států. Z historie antiky jsou známy i pokusy čistit centrálně odvedené splaškové vody obdobou dnešních kořenových čistíren. Na úsvitu středověku, v Evropě nehrála otázka odvádění splaškových vod ţádnou významnou roli. Splašková kanalizace nikde nebyla, po ulicích, pokud byly dláţděné, vedly otevřené příkopy. Do nich se vylévalo vše, co bylo tekuté, volně tu pobíhali hlodavci a snadno se šířily nemoci, především cholera, tyfus a nepřímo i mor. Městy se šířil nesnesitelný zápach, coţ vedlo postupně k potřebě stavby uzavřených kanalizací odvádějících splaškové a později i dešťové vody do nejbliţší vodoteče. V Praze je první doloţenou zmínkou zpráva o odkanalizování domu hradčanského probošta z r. 1310 v dnešní Nerudově ulici. Úřad čističe městských struh byl v Praze zaveden v r. 1340. V r. 1660 bylo dokončeno odvodnění areálu jezuitské koleje v Klementinu. To bylo provedeno proplachovací kanalizací jako první větší dílo zdravotního inţenýrství v Praze. Aţ do začátku 19. století se však nedá hovořit o systematickém

9

odkanalizovaní města. Od roku 1872 začíná v Praze působit Komitét pro řešení kanalizačních otázek. Dne 9. září 1901 byla zahájena stavba bubenečské čistírny odpadních vod. Zkušební provoz začal 27. 6. 1906, celé zařízení pracovalo bez větších problémů, a proto bylo v létě následujícího roku zkolaudováno. Ve své době moderní čistírna odpadních vod byla zaloţena pouze na mechanickém čištění. Centrální stoky byly svedeny na česle zhotovené ze svisle umístěných ocelových prutů. Voda dále stékala do lapáku písku. Odstředivé čerpadlo usazený písek odsávalo a tlačilo jej do ţlabové pračky písku. Pro zachycení jemnějších nečistot byl lapák písku na okrajích po celé své délce vybaven ještě jemnými česlemi o rozteči 7 mm. Česle se ručně stíraly a shrabky dopravoval na povrch výtah a úzkorozchodnou ţeleznicí se odváţely na skládky na Císařském ostrově. Z lapače písku odtékala jiţ předčištěná voda přes přívodní galerii do deseti sedimentačních nádrţí. Kal se čerpal na kalová pole na Císařském ostrově, nebo na kalovou loď, která ho odváţela k dosoušení mimo Prahu. ČOV Praha byla průběţně modernizována a fungovala aţ do roku 1967, kdy byla zprovozněna nová mechanicko biologická ústřední čistírna odpadních vod pro město Praha. Zásluhou Dr. Maděry, pozdějšího profesora ČVUT a VŠCHT, tehdejšího referenta a poté rady i přednosty kanalizační kanceláře magistrátu hl. m. Prahy, je v r. 1929 zaloţena na praţské ČOV první laboratoř pro chemii a mikrobiologii odpadních vod ve střední Evropě. Prof. Maděra je rovněţ autorem technologického návrhu prvních aktivací v Československu v Praze v Jinonicích a v Hostivaři i prvního vysokozatěţovaného biofiltru s recirkulací v Kaznějově v 30. letech. Vývoj čistírenství u nás neustává ani po druhé světové válce. V letech 1965 – 1967 je uvedena do provozu na Císařském ostrově v Praze největší aktivační čistírna ve střední Evropě.

4.

LEGISLATIVA

4.1 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

10

vypouštěním komunálních odpadních vod a biologicky odbouratelných průmyslových odpadních vod. Pro vypouštěné vody z čistíren odpadních vod poţaduje stanovit emisní limity a systém vzorkování, rozborů a kontroly. Pro obce nad 2 000 ekvivalentních obyvatel (EO) bylo poţadováno 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 poţadováno vhodné čištění v případě, ţe je zde vybudována kanalizace. Přísnější podmínky a kratší termíny jsou stanoveny pro tzv. citlivé oblasti tj. vodní útvary zasaţené, nebo ohroţené 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.

4.2 Česká republika V současné době se veškerá problematika ohledně čištění odpadních vod vztahuje pod níţe uvedené zákony. Základním právním nástrojem pro ochranu vod je zákon č. 254/2001 Sb. o vodách (v platném znění 11/2005) jeţ definuje pojem odpadní vody. Dle § 33 Vláda stanoví zranitelné oblasti a v nich upraví pouţívání a skladování hnojiv a statkových hnojiv, střídání plodin a provádění protierozních opatření. Vymezení zranitelných oblastí podléhá přezkoumání v pravidelných intervalech nepřesahujících 4 roky. Nařízení vlády definuje v příloze 1 zranitelné oblasti zákon č.274/2001 Sb. o vodovodech a kanalizacích pro veřejnou potřebu ve znění zákona 76/2006 Sb. Při nakládání s odpadními vodami je důleţité dbát na nařízení vlády 229/2007 Sb., o ukazatelích a hodnotách přípustného znečištění povrchových vod, náleţitostech 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 dodrţet. Měření ukazatelů znečištění, náleţitosti provozní evidence, vzor poplatkového hlášení nebo postup pro určování znečištění obsaţeného v odpadních vodách stanoví vyhláška 293/2002 Sb., 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

11

zařazují dle vyhlášky č. 381/2001 Sb., (novelizace vyhláškou č. 503/2004 Sb.), kterou se stanoví katalog odpadů a dále s nimi nakládat dle vyhlášky č. 383/2001 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 „O“. Z jeho původu vyplývá, ţe můţe mít nejméně dvě nebezpečné vlastnosti. Jde o infekčnost a schopnost uvolňovat nebezpečné látky do ţivotního prostředí. (Čištění odpadních vod jako nástroj k ochraně životního prostředí v zemědělské praxi a na venkově, Kolektiv autorů, MZLU Brno 2007) Ten se můţe po náleţité úpravě pouţít v zemědělství jako hnojivo k zapravení do půdy. Tento postup upravuje vyhláška č. 504/2004 Sb., kterou se novelizovala vyhláška č. 382/2001 Sb., ministerstva ţivotního prostředí o podmínkách pouţití upravených kalů na zemědělské půdě.

4.2 Povolení k nakládání s vodami Kdo vypouští odpadní vody do vod povrchových, nebo podzemních je povinen zajišťovat jejich zneškodnění v souladu s podmínkami stanovenými v povolení k jejich vypouštění. V tomto povolení stanoví vodoprávní orgán nejvyšší přípustné hodnoty jejich mnoţství a znečištění. Přitom je vázán ukazateli vyjadřujícími stav vody ve vodním toku, ukazateli a hodnotami přípustného znečištění povrchových vod, které jsou uvedeny v nařízení vlády ČR 229/2007 Sb., o ukazatelích a hodnotách přípustného znečištění povrchových vod a odpadních vod, náleţitostech povolení k vypouštění odpadních vod do vod povrchových a o citlivých oblastech. (Čištění odpadních vod jako nástroj k ochraně životního prostředí v zemědělské praxi a na venkově, Kolektiv autorů, MZLU Brno 2007)

4.3 Vypouštění odpadních vod Jak jiţ bylo uvedeno výše, kaţdý kdo vypouští odpadní vody do vod povrchových nebo podzemních musí mít povolení příslušného správního orgánu, tzv. vodoprávního úřadu, vydané podle zákona o vodách nebo podle výše zmíněných právních předpisů.

12

Vodoprávní úřad je část obecního, městského, krajského úřadu, který má na starosti vodní hospodářství. Podle druhu a způsobu uţívání povrchových nebo podzemních vod jsou v prvním stupni příslušní k rozhodování obecní nebo městské či krajské úřady. Platí, ţe ČOV do 10 000 EO má na starosti obec s rozšířenou působností, ČOV nad 10 000 EO potom Krajský úřad. Ze zákona tedy vyplívá, ţe čistírny odpadních vod musejí o povolení zaţádat.

5.

Funkce ČOV a přidruţených zařízení

Stokové sítě Zachycování, odvádění, soustřeďování a čištění odpadních vod z území měst a obcí, průmyslových závodů, zemědělských provozů, komunikací a leťišť patří k základním úkonům zdravého vodohospodářského inţenýrství. Soubor objektů vybudovaných pro tuto potřebu se označuje souhrnným pojmem kanalizace. Jde hlavně o stokové sítě (popř. včetně objektů umoţňujících ovlivňovat reţim 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 moţno vypouštět i některé průmyslové (popř. i zemědělské) odpadní vody. Buď přímo a nebo 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 mnoţství při výskytu přívalových dešťů. V současné době míra jejich znečištění v městech při průchodu ovzduším a hlavně oplachem objektů, komunikací a povrchu území je značná, takţe rovněţ vyţaduje 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 neţ splašková, ţe komplikuje technologii čištění. Proto zejména v minulosti bylo běţné navrhovat odlehčovací komory na stokách, které podstatnou část přívalového průtoku odváděly bez dalšího čištění do toku. Tímto opatřením se

13

zároveň šetřilo na dimenzích hlavních (kmenových) stok. Dnes se na těchto objektech vyţaduje 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 obtíţné. Účelné můţe být tam, kde nedochází k závaţnému 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 nádrţích, umoţňujících opoţděný řízený odtok stokovou sítí. Převáţná většina dešťových odpadních vod pak projde čistírnou odpadních vod, aniţ by nadměrně ředila splaškové vody a nehospodárně zvětšovala dimenze stok. Mnoţství dešťových vod je moţno do značné míry redukovat

téţ

omezením

nepropustných

ploch

v urbanizovaném

území,

vyloučením povrchového odtoku ze zelených ploch, zvýšením povrchové retence atd. Stokové sítě zatěţují podzemní vody (stoky tu přejímají funkci drénů), nevhodné je i v tomto případě ředění odpadních vod. Tomuto jevu je moţné však čelit dodrţením poţadavku vodotěsnosti stok.

Strategie čištění odpadních vod: Jde v podstatě o ekonomickou otázku, zda je vhodnější vytvářet : -

rozsáhlejší stokové sítě, kombinované třeba s přečerpáváním splašků přes rozvodí, a s centrální ČOV, dokonaleji vybavenou, s niţším specifickým prostorovým nákladem (vztaţené na 1 m 3 obestavěného prostoru ČOV), a niţšími specifickými provozními náklady (vztaţenými na 1m3 odpadní vody za rok)

-

nebo úsporné sítě s lokálními ČOV – nejčastěji obecními, případně s čistírnami pouze pro část obce. Extrémem tohoto náhledu jsou domovní čistírny odpadních vod. Ty jsou nezbytné pro velmi rozptýlenou výstavbu, je snahou je však prosazovat i u menších obcí s koncentrovanější zástavbou.

Při rozhodování je třeba vzít do úvahy i právní a ekologické aspekty. Větší čistírny sledují své parametry denně, či kontinuálně. Mají kvalifikovanější obsluhu, a

14

kontrola účinnosti je mnohem jednodušší neţ u druhé alternativy. Argumentem pro místní ČOV bývají niţší náklady (v některých případech) a moţnost vlastní tvorby stočného.(Článek:

Čištění

odpadních

vod,

Dostupný

na

http:

//water.fce.vutbr.cz/vyuka/SITE/cov.doc)

5.1 Globální pohled na ČOV Čištění odpadních vod se děje v přírodě i samovolně bez zásahu člověka. V dnešní době však jiţ není dostačující a tak musíme tento proces zintenzivnit. Čištění je proces sloţený 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. Jak jiţ bylo zmíněno výše, tyto postupy probíhají samovolně v přírodě, jen s mnohem menší rychlostí a účinností. Ještě do nedávna 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 můţe 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 mnoţstvím a druhem znečistění odpadní vody. Velký důraz se tedy musí klást i na provedení kanalizace.

5.2 Hlavní dělení ČOV Průmyslové čistírny odpadních vod Slouţí k čištění odpadních vod vypouštěných z průmyslových závodů a výroben. Takovéto vody obsahují: 1) Odpadní vody od zaměstnanců závodů včetně kuchyní a jídelen. Jsou to v podstatě vody splaškové. 2) Odpadní vody sráţkové, odváděné z areálu závodu. Ty jsou zpravidla odváděny na rozdíl od ostatních sráţkových vod odváděných veřejnou kanalizací zpoplatněné a

15

tedy měřené. Jejich kvalita je dána stupněm znečistění povrchu areálu závodu a charakterem sráţky. 3) Odpadní vody chladicí. 4) Odpadní vody technologické, odpadající přímo z technologických procesů. V mnoha případech tvoří látky z nich obsaţené svým mnoţstvím i charakterem nejvýznamnější sloţku z celkového znečištění. Lze k nim přiřadit i odpadní vody z úpravy napájecích vod a dopravní vody. (Čištění průmyslových odpadních vod, NOEL 2000) Z charakteru vod tedy vyplívá, ţe na technologii čistírny průmyslových vod musí být kladen mimořádný nárok ve srovnání s komunální čistírnou. Většinou se technologie navrhuje přímo na míru podle charakteru podniku. Hlavním úkolem takovýchto čistíren je odstranit primární znečištění před tím neţ se voda dostane na komunální čistírnu tak, aby ji příliš nezatěţovala. Malé balené ČOV Malé ČOV do kapacity 200 ekvivalentních obyvatel se ve snaze o sníţení nákladů provádějí ve většině případů jako tzv. balené. Jedná se tedy o kompletní celek montovaný jiţ ve výrobě a následně umístěný v objektu, z něhoţ jsou odpadní vody produkovány. Tento systém se pouţívá u objektů, které není moţno napojit na kanalizační síť, ať jiţ z důvodu odlehlosti stavby, nebo neexistence kanalizační sítě. Tato zařízení se uţívají prakticky pouze pro splaškové vody nebo k úpravě některých průmyslových odpadních vod. Pro vyuţití v zemědělství nacházejí uplatnění především při likvidaci splaškových vod z administrativních objektů. Podmínkou instalace tohoto zařízení je moţnost vypouštět vyčištěné vody do blízkého recipientu. Malé ČOV Pod pojmem malé ČOV s obecně rozumí takové, co mají počet EO do 5 000. Toto číslo je sice poněkud zavádějící, ale často uţívané. U malých ČOV je nutné si především uvědomit, ţe současná legislativa především po zavedení imisních standardů klade na malé ČOV prakticky stejné poţadavky, jako na ČOV velké. Hlavním rozdílem mezi malou a velkou ČOV je problém podstatně většího ovlivňování nerovnoměrností přítoku i stavem kanalizace. (Čištění odpadních vod, jako nástroj k ochraně životního prostředí v zemědělské praxi a na venkově, Kolektiv autorů, MZLU Brno 2007) 16

Kořenové čistírny Mokřady tvoří asi 6% zemského povrchu a vyskytují se na všech kontinentech kromě Antarktidy. Jiţ staří Egypťané je vyuţívali k čištění odpadních vod. V posledních desetiletích se díky intenzivnímu studiu mokřadních systémů děje významný obrat v chápání významu role mokřadů v přírodě a nekontrolovatelné vypouštění odpadních vod do přirozených mokřadů se v v civilizovaných oblastech sníţilo na minimum. Do systému mokřadů patří nejen přirozená území, ale i uměle vytvořená. Umělé mokřady jsou systémy, které jsou navrhovány a stavěny tak, aby při čištění odpadních vod byly vyuţívány procesy, které probíhají v přirozených mokřadech. Rozdělují se podle několika kritérií, především podle druhu pouţité vegetace a způsobu průtoku odpadní vody. Největší skupinu umělých mokřadů tvoří systémy vynořenými (emerzními) rostlinami. První pokusy s vyuţitím emerzních mokřadních rostlin byly prováděny v Německu jiţ na počátku 50. let minulého století. Kořenové čistírny rozdělujeme na čistírny pro domácnost a rekreační objekty, čistírny pro zemědělství a pro průmysl. Mezi hlavní výhody patří to, ţe tyto čistírny čistí odpadní vody s nízkou koncentrací organických látek, dobře se vyrovnávají s kolísáním mnoţství a kvality odpadních vod. Mohou pracovat přerušovaně, coţ není případ klasických čistíren. Vyţadují jen minimální, ale pravidelnou údrţbu a nepotřebují el. energii. Vykazují menší náchylnost k havárii systému, dobře zapadnou do krajiny a mohou plnit okrasnou funkci a navíc jsou odolné vůči povodním (pracují i zaplavené). Avšak má i svoje nevýhody. Jsou náročné na plochu (min. 5 m2 na EO), nejsou příliš vhodné k odstraňování amoniaku a fosforu. Strojní čištění má lepší předpoklady pro řízení čistícího procesu, pro analýzu případných problému a pro aplikaci nápravných opatření. (Kořenové čistírny, alternativní způsob nakládání s odpadními vodami, Milan Kouřil, vydáno v Českých Budějovicích 2006) ¨ Podle mého názoru však navíc neřeší problém do úplné koncovky. Kořeny sice do sebe absorbují značné mnoţství škodlivin, ale ty se dál za problém nepovaţují a navíc se kořenové čistírny zanášejí a ztrácejí tak na účinnosti. Navíc je jejich ţivotnost omezená.

17

6.

ROZBOR FUNKCE ČOV

6.1 Přítok vody na ČOV Problematika sráţkových situací ve vztahu k velikosti přítoku na čistírny, velikosti odlehčení na síti a před vlastními čistírnami, sloţení odpadních vod a vlivu na recipient je všeobecně sporadicky rozpracovaná. Většinou chybí data v návaznosti na meteorologické instituce. (Odvodnění urbanizovaných území, Vladimír Krejčí a kolektiv, NOEL 2000) V praxi se počítá s tím, ţe přítok odpadní vody na čistírnu není rovnoměrný a stejně tak sloţení vod není kontinuální. Při navrhování čistírny se musí zohlednit také zdroje znečištění v okolí, zemědělské, průmyslové podniky a počet obyvatel. Čím menší počet obyvatel, tím větší výkyvy v mnoţství a kvalitě vody ČOV zaznamená. Důvodem je rytmus ţivota obyvatel. Z toho důvodu se zřizují čerpací či akumulační jímky, které vyrovnávají nátok do biologické linky.

6.2 Mechanické předčištění 6.2.1 Lapák štěrku Lapák štěrku je prvním zařízením mechanického předčištění odpadních vod. Jeho úkolem je zachytit velké a těţké předměty, které se dostanou na ČOV zejména se sráţkovou událostí. Funkce lapáku je zaloţena 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 sníţí unášivá rychlost a štěrk působením gravitace přepadá do prohlubně, ze které se mechanicky vytěţí. Tento vytěţený štěrk pak putuje do pračky štěrku, ve které dojde k odstranění organického znečištění a štěrk je následně moţné pouţít například ve stavebnictví. S lapákem písku se můţeme setkat hlavně na velkých ČOV (nad 50 000 EO) s rozsáhlou stokovou sítí a velkým odvodněným územím.

18

Obr. 1: Mechanické čištění - lapáku štěrku

6.2.2 Česle Pro odstranění hrubých nečistot a látek z vody do velikosti cca 1mm vyjímečně 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, Doc. RNDr. Hubert Fadrus, CSc., NOEL 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. Obr. 2: Rotační česle od firmy Huber - ROTAMAT

19

Podle velikosti průlin dělíme česle na: - hrubé česle (20 – 50 mm) Slouţí obvykle jako ochrana čerpadel před poškozením většími předměty a proto se také nazývají ochranné. Vzhledem k tomu ţe mnoţství 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 ţlabu, přičemţ musí být dodrţená zásada, ţe v přítokovém ţlabu nesmí být místa, kde by docházelo k usazování pevných látek a zachycování plavoucích látek unášených odpadními vodami. (Čištění a čistírny odpadních vod, Ing. Tomáš Vítěz, Ph.D) Rychlost vody protékající česlemi by neměla být menší neţ 0,3 m.s-1. Menší rychlost vede k usazování písku. Naopak rychlost větší neţ 1m/s způsobuje strhávání jiţ zachycených nečistot. Obvykle se tedy rychlost vody na česlích pohybuje v rozmezí 0,7 aţ 0,9 m.s-1. Za česlemi je nutné sníţit 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° aţ 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. (Vítěz, 2008) Shrabky jsou často vodnaté, a proto je vhodné zbavit je přebytku vody na lisech a tím zmenšit jejich hmotnost i objem. Děje se tak lisováním na lisech. Slisované shrabky se ještě proplachují čistou vodou, aby došlo ke sníţení organického podílu a tím k jejich částečné stabilizaci. Obvykle se odstraňují skládkováním nebo spalováním. (Čištění a čistírny odpadních vod, Ing. Tomáš Vítěz, Ph.D) Před uloţením na skládku se shrabky ještě stabilizují vápnem na pH zhruba 10, aby došlo ke zničení patogenů a zárodků parazitů.

20

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

6.2.3 Lapák písku Odpadní voda obsahuje kromě organických látek také těţký inertní materiál jako popílky, škvára, skořápky, úlomky kostí a také značné mnoţství písku a to především u jednotné stokové soustavy. (Čištění a čistírny odpadních vod, Ing. Tomáš Vítěz, Ph.D) 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. (Čištění průmyslových odpadních vod, Doc. RNDr. Hubert Fadrus, CSc., NOEL 2000) Lapák písku je navrţen tak, aby byly zachyceny částice do velikosti zrn 0,2 aţ 0,35 mm s měrnou hmotností přibliţně 1400 kg.m-3. Tento sedimentovaný písek je nutné pravidelně odstraňovat.

21

Typy lapáků písku: 1) Horizontální lapáky písku Mezi lapáky písku s horizontálním průtokem lze zařadit komorový (podélný usazovací ţlab s akumulačním prostorem na zachycování písku) a štěrbinový lapák písku. Skládá se ze ţlabu obdélníkového nebo trojúhelníkového průřezu, jehoţ dno má takový sklon, aby i za nejmenších průtoků neklesla rychlost pod 0,5 m.s-1 a za největších průtoků nepřekročila hodnotu 0,4 m.s-1. Dno ţlabu je vyřešeno příčnými nebo podélnými štěrbinami, kterými písek propadá do boční šachty, odkud se těţí ručně nebo se čerpá čerpadlem. 2) Vertikální lapák písku Odpadní voda se přivádí na dno lapáku a odtud stoupá určitou vzestupnou rychlostí, která nesmí být větší neţ rychlost, kterou jsou unášena nejmenší písková zrna. 3) Vírový lapák písku Je navrţen na základě vyuţití odstředivé síly, pomocí níţ je moţno od sebe oddělit látky s různou hustotou. 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 niţší specifickou hmotností, které jsou vyplaveny vodou. V lapáku je moţné oddělovat i plovoucí znečištění, jako jsou např. tuky, díky zpomalenému proudění, kdy se vyplavují látky s niţší specifickou hmotností. Této vlastnosti je ale moţné vyuţít 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. 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 jednoduchá norná stěna, umístěná v nádrţi. Doba zdrţení v lapáku tuku bývá tři minuty, poměr délky k hloubce 2 aţ 1,5 :1. Podle současných výzkumů se jejich návrh jeví potřebný. Pracují na principu flotace.

22

Tento separační proces je zaloţen na tvorbě mikrobublin, které se spojují s dispergovanými částicemi a tyto částice unáší ke hladině, odkud jsou následně odstraněny. Tvorbu mikrobublin je moţné provádět několika způsoby, podle kterých se jednotlivé flotace nazývají. Například volná, vakuová, tlaková biologická nebo elektroflotace. 6.2.4 Usazovací nádrţe Usazovací nádrţe jsou určeny k zachycení podstatného mnoţství usaditelných látek. Většinou jde o organické látky menší neţ 0,2 mm, které se nezachytili na lapáku písku. Usazovací nádrţe se navrhují na nepřerušovaný provoz a dělí se na nádrţe s průtokem horizontálním, vertikálním a radiálním. Pokud je nádrţ správně navrţena, můţeme dosáhnout aţ 70% sedimentace. Tento sediment se nazývá primární kal a má vysoce reaktivní vlastnosti. Produkce tohoto kalu se pohybuje v rozmezí od 35 – 60 g za den na jednoho EO. Tento kal se na větších čistírnách někdy vyuţívá k tvorbě bioplynu. Při návrhu usazovacích prostor se doporučuje dodrţovat parametry, uvedené v ČSN 73 6401 Čistírny městských odpadních vod. Čistící účinek usazovacích nádrţí podle ČSN 75 6410 je uveden v závislosti na době zdrţení v tabulce 1. Tab. 1: 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

Od 0,5 do 1,0 hod.

Od 1,0 do 1,5 hod.

Nad 1,5 hod.

BSK5

50,0

45,0

40,0

CHSK

100,0

90,0

80,0

Nerozpuštěné látky

30,0

27,0

23,0

Dusík celkový

10,0

10,0

10,0

Fosfor celkový

2,3

2,3

2,3

23

Hodnoty platí, není-li uvaţován přívod kalové vody před primární sedimentací. (Přírodní způsoby čištění povrchových a odpadních vod, Jan Šálek, Václav Tlapák, ČKAIT, s.r.o., Praha 2006) Nejčastějším typem usazovací nádrţe jsou kruhové nebo pravoúhlé nádrţe s horizontálním průtokem, nádrţe s vertikálním průtokem a štěrbinové nádrţe, téţ nazývané Emšerská nádrţ. Usazovací nádrţe pracují většinou kontinuálně a označují se jako průtočné usazovací nádrţe. Pokud pracují s přerušovaným provozem, označují se jako dekantační nádrţe. Dříve se stavěly usazovací nádrţe shodné s dosazovacími coţ přinášelo problémy, jelikoţ v dosazovacích nádrţích za biologickou linkou docházelo k nedostatečné sedimentaci vloček aktivovaného kalu a ty se následně vyplavovaly do recipientu. Při návrhu čistírny je nutné uvaţovat rozdílné vlastnosti odpadní vody v usazovací a dosazovací nádrţi. V usazovací nádrţi má suspenze charakter zrnitých částic, naopak v dosazovací nádrţi ji tvoří především vločky aktivovaného kalu. Rozhraní mezi tuhou a kapalnou částí suspenzí je tvořeno plochou povrchu částice a tudíţ 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, ţe dosazovací nádrţe jsou hlubší neţ usazovací. Existuje několik typů usazovacích nádrţí. Důleţitým faktem při výpočtu usazovací nádrţe hraje i organické znečištění, ke kterému dochází při sedimentaci a ve zvýšené míře má za následek vysokou reaktivitu primárního kalu. To se pak můţe projevit v biologické lince ČOV kde můţou nutriety mikroorganismům chybět.

6.3 Biologické čištění U aerobních biologických nádrţí s převládajícím kyslíkovým reţimem tvoří čistící proces sedimentace, biologická, chemická flokulace, oxidace apod. Rozklad, přeměna a poutání jednotlivých látek ve vodním prostředí je výsledkem sloţitých biologických a biochemických procesů, kterých se zúčastňují nejen bakterie (destruenti), ale i vyšší organismy. (Přírodní způsoby čištění znečištěných povrchových a odpadních vod, Jan Šálek, Václav Tlapák, ČKAIT, s.r.o., Praha 2006) 24

V praxi se realizuje tzv. aktivačním systémem Základní procesy probíhající v aktivační nádrţi: - biologická oxidace organického substrátu - biologická oxidace amoniakálního dusíku – Nitrifikace - biologická redukce dusitanů a dusičnanů na plynný dusík – Denitrifikace - biologický rozklad fosforu, nebo jeho chemické sráţení (Vítěz, Machala, studijní prezentace předmětu Čištění a čistírny odpadních vod, 2008) 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 slouţících 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, ţe rychlost biologických procesů aktivačních reaktorů při nelimitujících podmínkách jsou přímo úměrné mnoţství (koncentraci) aktivní sloţky aktivovaného kalu pro ten který proces. (Odvodnění urbanizovaných území, Vladimír Krejčí a kolektiv, NOEL 2000) Proces biologického čištění odpadních vod je zaloţen na principu oxidačně redukčních biochemických reakcích. Tyto reakce je moţné 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.

25

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 rozloţitelností. Podle toho je dělíme na: Nerozloţitelné organické látky – někdy se téţ nazývají inertní a řadíme mezi ně těţké kovy, toxické a inertní látky. Tvoří zhruba 20% znečištění a většinou zůstávají ve vyčištěných odpadních vodách jako zbytkové znečištění. Obtíţně rozloţitelné látky – vysokomolekulární organické látky jako například peptidy, bílkoviny, sloţité cukry a tuky. Jejich obsah v odpadních vodách se pohybuje kolem 50%. Snadno rozloţitelné látky – nízkomolekulární organické látky jako jednoduché kyseliny, cukry, alkoholy, které mohou buňky mikroorganismů ihned vyuţít. Obsah těchto látek v odpadních vodách je zhruba 20%.

6.3.1 Aktivační proces Základním principem je tvorba aktivovaného kalu v aktivační nádrţi přičemţ tento proces probíhá ve dvou etapách. První tvoří vlastní aktivační nádrţ, na kterou navazuje dosazovací nádrţ. Do aktivační nádrţe přitéká jiţ 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. Po dostatečně dlouhé době styku s aktivovaným kalem je odpadní voda vedena do dosazovací nádrţe. Zde se separuje vzniklý kal od vyčištěné vody. Během tohoto procesu mikroorganismy rostou, mnoţí se a kal neustále přibývá. Část kalu je neustále vracena zpět do aktivační nádrţe a přebytečný kal se odvádí do dosazovací nádrţe. Z dosazovací nádrţe by pak měla vytékat voda vyčištěná tak, aby odpovídala legislativně daným parametrům. Procesy v aktivační nádrţi jsou různorodé. Jedná se zejména o biologickou oxidaci organického substrátu, nitrifikaci, denitrifikaci a biologický rozklad fosforu nebo jeho sráţení. 26

Obr. 4: Dosazovací nádrž

.

6.3.2 Aktivovaný kal Aktivovaný kal je směsná kultura, ve které se bakterie vyskytují převáţně 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 sloţení aktivovaného kalu závisí hlavně na sloţení substrátu a na technologických parametrech kultivace. (Vítěz, 2008) Za vhodných podmínek tvoří aktivovaný kal za pomocí sedimentace vločky (Bioflokulace). Tímto lze dosáhnout poţadované čistoty vody na odtoku a získáme tak aktivovaný kal poţadované hustoty k recirkulaci. Bioflokulace je způsobena sníţením elektrického náboje pod kritickou hladinu. K tomu dochází při obalení buněčných stěn polysacharidickým materiálem, produkovaným buňkami převáţně v období stacionární a endogenní fáze růstu. Bakterie ţijící v přirozeném prostředí mají na svém povrchu 27

velké mnoţství 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)

6.3.3 Růst kalu Mikroorganismy mohou rozkládat pouze substrát tvořený organickými, biologicky rozloţitelnými látkami. Část organických látek z odpadní vody mikroorganismy vyuţijí k syntéze a část oxidují na CO2 a H2O. To se projevuje navenek zvýšením hmotnosti biomasy (přírůstek mikroorganismů) tento přírůstek můţeme 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 aţ dosáhne maxima, přejde ve třetí exponenciální část. Jakmile se dostane mnoţství nutrietů na limitující hodnotu začne křivka klesat, aţ se růstová rychlost dostane na nulu. Nedostatek potravy se projeví úbytkem mikroorganismů a jejich postupným rozkladem. Graf. 1: Průtok vody čistírnou během roku

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.

6.3.4 Odstranění dusíku Přísun sloučenin dusíku z odpadních vod do vod povrchových je neţádoucí z těchto důvodů:

28

1. Amoniakální dusík má vysokou spotřebu kyslíku (4,57 g kyslíku na 1 g dusíku). 2. Sloučeniny dusíku umoţňují 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.

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

2 NH3 + 3 O2 2 NO2- + O2

2 NO2- + 2 H+ + 2 H2O 2 NO3-

Podle rovnic se spotřebuje na úplnou oxidaci 1 g amoniakálního dusíku 4,57 g kyslíku. Vznikající kyseliny sniţují 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 aţ jeho zastavení. Pokud v systému neprobíhá současně denitrifikace, je potřeba na kaţdých 14g amoniakálního dusíku 37g hydroxidu vápenatého. V literatuře se uvádí, ţe nitrifikační bakterie jsou striktně aerobní. V aktivačních systémech jsou, ale schopny přeţít několik hodin v anoxických podmínkách, coţ svědčí o tom, ţe jsou schopny vyuţívat i jiný akceptor elektronů neţ je kyslík (pravděpodobně dusičnanový dusík). Nitrifikační bakterie patří mezi pomalu rostoucí organismy. Růstové rychlosti jsou o řád niţší neţ 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.

29

Proces denitrifikace 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 vyuţívány asimilačně i disimilačně. Proces nitrátové asimilace je redukce na amoniak za účelem syntézy hmoty. Podstatou procesu nitrátové disimilace (respirace) je vyuţití dusičnanového dusíku jako konečného akceptoru elektronů místo kyslíku. V procesu denitrifikace se uvolňují ionty OH-, coţ můţe vést aţ 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, coţ odpovídá rychlostem omické respirace (14 - 54 mg.g-1 za hodinu). Denitrifikace probíhá dle rovnice:

Ared + NO3-

N2 + OH- + H2O

např.: zdrojem uhlíku je v tomto případě Glukoza:

5 C6H12O6 + 24 NO3-

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

(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 důleţitá i správná kombinace denitrifikace s nitrifikací. Při samotné nitrifikaci působí nezredukované dusičnany problémy v dosazovací nádrţi. V zahuštěné vrstvě aktivovaného kalu se na dně nádrţe podmínky rychle mění z oxických na anoxické, tím pádem dochází k denitrifikaci a uvolňovaný plynný dusík vynáší zahuštěný aktivovaný kal ke hladině.

6.3.4 Odstranění fosforu Fosfor je důleţitou ţivinou pro niţší i vyšší organismy, které jej přeměňují na organicky vázaný fosfor. Je vyuţíván zejména při růstu zelených vodních rostlin, avšak jeho přísun do povrchových je neţádoucí podobně jako u dusíku protoţe se podílí na eutrofizaci vod.

30

V odpadních vodách se fosfor vyskytuje nejčastěji v těchto formách: · Orthofosforečnany (soli kyseliny fosforečné) · Polyfosforečnany · Organicky vázaný fosfor Chemické sráţení Chemické sráţení 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 moţno separovat sedimentací v dosazovacích nádrţích. Jako sráţedla se pouţívají: - síran ţelezitý - síran hlinitý - síran ţeleznatý - hlinitan sodný Všechny výše uvedené soli (s výjimkou poslední) sniţují pH systému. Při dávkování je třeba důkladného promísení sráţedla s vodou (cca 20 minut) Biologické odstraňování fosforu a) V buňce je uloţena jako zásobní látka kyselina Polybetahydroxymáselná. Za přítomnosti kyslíku je bakterie schopna oxidovat PHB vyšší rychlostí, neţ ostatní zásobní látky. b) 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 c) Při oxických podmínkách slouţí akumulovaná PHB jako zdroj uhlíkatého substrátu pro syntézu buněčné hmoty a zdroj energie pro syntézu polyfosfátů, vyuţívají se fosfáty z odpadní vody. (Vítěz, 2008)

31

6.4 Anaerobní čištění Přes to ţe 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 pouţívá buď přímo k předčištění odpadních vod, nebo k anaerobnímu zpracování a stabilizaci kejdy, slamnatého hnoje a obdobných materiálů Anaerobní procesy – anaerobní rozklad organické hmoty probíhá v přírodě samovolně Anaerobní procesy vyuţívají, jako konečný akceptor elektronů jinou látku neţ 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.

6.5 Kaly z čistíren odpadních vod Dalším technologickým celkem kaţdé ČOV je kalové hospodářství. Tento celek byl v minulosti často opomíjen a zjednodušován. Dnes však vzhledem k přísnější legislativě odpadového hospodářství je nutné s kalovým hospodářstvím počítat, jako s plnohodnotným celkem, který musí splňovat poměrně náročné poţadavky. (Čištění odpadních vod jako nástroj k ochraně životního prostředí v zemědělské praxi a na venkově, Kolektiv autorů, MZLU Brno 2007). Jako kal se označují veškeré suspendované látky, které nezachyceny projdou hrubým předčištěním čistírny odpadních vod. (lapákem štěrk, lapákem písku, česlemi apod.), případně vzniknou během vlastního procesu čištění odpadních vod, označujeme jako čistírenský kal. Podle místa vzniku nebo separace, dále podle procesu, kterým kal vznikl nebo prošel, ho označujeme. (Vítěz, 2008) Primární kal a jeho vlastnosti Pochází z mechanického nebo fyzikálního stupně čištění (usazovacích nádrţí). Vyznačuje se vysokou reaktivitou a sklonem k rychlému rozkladu. Obsahuje velký podíl snadno odbouratelných organických látek. Má velký podíl inertních pevných

32

částic. Produkované mnoţství kalu je závislé do značné míry i na kvalitě stokové sítě a činí asi 15 – 20 g na EO Přebytečný kal (sekundární) aktivovaný kal a jeho vlastnosti a produkce ) Přebytečný kal je biomasa vzniklá při biologickém čištění odpadních vod a jeho reaktivita je do značné míry závislá na technologické konfiguraci biologického stupně. U nízko zatíţené aktivace se jedná o kal částečně stabilizovaný. Obsah organických látek, stanovený jako ztráta ţíháním se pohybuje v rozmezí 60 – 80 %, v závislosti na technologické konfiguraci čistírny odpadních vod. U nízkozatíţené ČOV, bez primární sedimentace je produkce přebytečného kalu kolem 50 g na EO. U ČOV s primární sedimentací činí produkce přebytečného kalu kolem asi 35 – 45 g na EO Směsný kal Vysoká reaktivita – sklon k zahnívání. Obsah organického podílu, stanovený jako ztráta ţíháním je 55 – 80 %, v závislosti na typu napojené stokové sítě a technologické konfiguraci ČOV Zahuštěný směsný kal je směs, nejlépe odděleně zahuštěného primárního a přebytečného kalu. Chemický kal Směs hydroxidů a fosforečnanů, Fe nebo Al, z odděleného chemického sráţení fosforu běţně obsahuje malé mnoţství neadsorbovaného organického materiálu, které činí asi 10 – 25 %, stanoveno jako ztráta ţíháním. V případě, ţe je chemický kal produktem fyzikálně chemické úpravy surových komunálních odpadních vod před biofiltrací, z tzv. fyzikálně - chemického stupně, můţe být obsah organických látek aţ 75 %, stanoveno jako ztráta ţíháním. Reaktivita chemického kalu je závislá na technologické konfiguraci ČOV. Stabilizovaný a hygienizovaný kal Vysoká reaktivita a sklon k rychlému rozkladu jsou charakteristické. Velký podíl snadno odbouratelných organických látek Velký podíl inertních pevných částic. Produkované mnoţství kalu je závislé do značné míry i na kvalitě stokové sítě a činí asi 15 – 20 g na EO.

33

6.5.1 Stabilizace kalu – Rozdělení metod -

Podle oxidačně – redukčních podmínek

-

Podle teploty procesu

-

Chemické metody

-

Totální rozklad a jiné metody

Podle oxidačně – redukčních podmínek procesu stabilizace Anaerobní metody: . Studené – psychrofilní vyhnívání . Mezofilní vyhnívání . Termofilní vyhnívání Aerobní metody: . Prosté uskladnění . Uskladnění s řízenou, pneumatickou aerací . Stabilizace kyslíkem

Podle teploty procesu stabilizace -

Studené – psychrofilní vyhnívání (teplota okolí)

-

Mezofilní stabilizace (32 – 45 °C)

-

Termofilní stabilizace (nad 50 °C)

Chemické metody -

Většinou metody spojené se současným rozkladem nebo hygienizací.

-

Rozklad kalu kyselinou sírovou

-

Stabilizace vápnem v tekutém stavu

Hygienizace kalu Jedná se o takovou úpravu kalu, která umoţní vyuţití kalů na zemědělských plochách jako hnojiva. Limitujícími faktory jsou patogenní mikroorganismy a obsah těţkých kovů. Ve většině států EU včetně ČR se jako indikátory hygienických

34

vlastností vyuţívají Termotolerantní koliformní bakterie, Enterokoky a Salmonella. Dle výskytu těchto patogenů rozdělujeme kal do dvou tříd. Toto rozdělení pak určuje i moţnost zemědělského vyuţití. Hygienizace můţe být docílena následujícími metodami: -

Tepelné zpracování kalu při vysokých teplotách

-

Pasterizace kalu

-

Chemická úprava kalu – vápnění

-

Anaerobní termofilní metody zpracování

-

Systém AEROTHERM

-

Aerobní hygienizace vzduchem – systém FUCHS

-

Kompostování

-

AATS s čistým kyslíkem

-

Speciální metody: ionizující záření, ozón, rozklad

6. 5.2 Zmenšování mnoţství produkovaného kalu Z ekonomického hlediska je výhodné kal zpracovat na co nejmenší objem. Toho lze docílit následujícími metodami: -

Gravitační zahušťování

-

Hydrodynamické zahušťování

-

Tlaková flotace

-

Sítové zahušťovače

-

Zahušťovací odstředivky

6.5.3 Odvodnění kalu a jeho úprava Náklady na konečné zpracování kalu aţ po jeho distribuci činí, je-li vše v souladu s platnou legislativou, 2,5 – 5,5 Kč na kg sušiny. Podíl kalového hospodářství na celkových provozních nákladech ČOV můţe přesáhnout i 40% celkových nákladů. Proto je vhodné kal odvodnit na co největší mnoţství sušiny. Toho lze dosáhnout např. těmito zařízeními: -

Sítová odvodňovací zařízení – stolová

-

Rotační odvodňovací síta

35

-

Sítopásové lisy

-

Komorové filtry – kalolisy

-

Odvodňovací odstředivky

7. STAV ČIŠTĚNÍ ODPADNÍCH VOD V OBCI ZBRASLAV ÚVOD Podle míry a charakteru znečištění vody a podle jejího průtoku se navrhuje technologie čištění, z níţ vyplývá potřeba pouţití čistírenských jednotek a jejich nutné velikosti. Významnou roli dále hraje poměr průtoku vyčištěné a vypouštěné odpadní vody a průtoku vody v recipientu a vyuţívání recipientu v určité vzdálenosti pod zahuštěním odpadu z čistírny Navrhovaná kapacita čistírny se charakterizuje ekvivalentním počtem obyvatel, kterému odpovídá znečištění vody přivedené denně na čistírnu (vyjádřené v BSK5 za den). Vzhledem k tomu, ţe do stokové sítě se zpravidla vypouštějí odpadní vody místního průmyslu, provozoven, sluţeb atd., převádí se celkové znečištěn na jediný ukazatel, přičemţ se uvaţuje produkce znečištění 60 g BSK5 od jednoho obyvatele za den (populační ekvivalent).

Charakteristika obce Zbraslav u Brna Obec Zbraslav se nachází v okrese Brno-venkov, kraj Jihomoravský. Ke dni 31. 12. 2008 zde ţilo 1210 obyvatel. Dlouhodobý vývoj počtu obyvatel má regresivní charakter. Není předpokládán významnější nárůst obyvatel. Obec leţí v mírně členitém terénu v nadmořské výšce 450 – 500 m.n.m. a tvoří pouze jedno povodí o relativně velké ploše. Přítoky z extraviánu nejsou významné. Z územně-správního hlediska patří Zbraslav pod působnost obce s rozšířenou působností Rosice. Z hydrologického hlediska spadá do území potoka Bobravy (povodí Moravy), které spravuje vodoprávní úřad v Rosicích.

36

7.1 Nakládání s odpadními vodami ve Zbraslavi V obci Zbraslav byla vybudována jednotná kanalizace, která odvádí odpadní vody z veškerého zastavěného území. Kanalizace byla v obci vybudována v 50. letech 20. století a její nové úseky jsou budovány aţ do dnešních dnů. Celková délka stok v lokalitě činí 841,3 m. V současné době se připravuje projekt na částečné opravy části problémových úseků zhruba za 40 000 000 Kč, protoţe v některých místech dochází k průsaku neţádoucích balastních vod. Do kanalizace není dovoleno vypouštět odpadní vody přes septiky ani ţumpy. Odpadní vody a kaly ze ţump a septiků jsou odváţeny fekálními vozy. Kanalizace je vzhledem k terénu obce svedena výhradně gravitačním způsobem na místní ČOV. Podle § 14, zákona č. 274/2001 Sb. o vodách, bylo ještě nutné k této kanalizaci vypracovat Kanalizační řád. Ten byl schválen dne 2. 7. 2007 místně příslušným vodoprávním úřadem – Městského úřadu Rosice s platností do 31. 7. 2017. Kanalizační řád charakterizuje dané území, technicky popisuje kanalizaci a definuje podmínky vypouštění odpadních vod do této kanalizace. Je zde stanoven seznam nebezpečných a zvláště nebezpečných látek, nejvyšší přípustná míra znečištění odpadních vod nebo koncentrační limity znečištění. Kanalizační řád také vysloveně zakazuje pouţití drtičů odpadů a následné vypouštění rozdrceného odpadu do kanalizace, upravuje kontrolu jakosti odpadních vod a jejich měření. Vypouštění odpadních vod do kanalizace v rozporu s kanalizačním řádem se hodnotí jako přestupek a můţe být takto i pokutován. Obec má také právo nařídit vlastníkům pozemků nebo staveb povinnost se připojit na tuto kanalizaci, pokud to je ale technicky moţné. Páteří obecní kanalizace je hlavní stoka A, na kterou jsou napojeny ostatní části kanalizační sítě, která přivádí odpadní vody z převáţné části obce do nové ČOV. Kanalizace začíná v odlehčovací komoře (OK1). Vedena je v nezpevněné cestě v ulici Zemědělská do odlehčovací komory (OK2). Následně stoka přechází v potok a pokračuje po pravém břehu do šachty. Zde stoka přechází na levý břeh potoka a končí v čerpací stanici ČOV. Do čerpací stanice je napojena stoka A1 po odlehčení z odlehčovací komory (OK3). Pod potokem je potrubí uloţeno v chráničkách.

37

V obci se nenachází významnější producenti odpadních vod, u kterých by mohlo dojít k překročení povolených koncentrací znečišťujících látek, zejména průmyslového charakteru. Jsou zde pouze tato zařízení: -

Podniky STRA – kovovýroba a SIFO – plnění sifonových bombiček

-

Kulturní dům

-

Škola

-

Mateřská školka

-

Zdravotnické zařízení

Odpadní vody ze zemědělských provozů nejsou na veřejnou kanalizaci připojeny. Odvádění a zneškodňování odpadních vod je ve Zbraslavi provozováno v souladu se zákonem č. 254/2001 Sb. o vodách (vodní zákon) a nařízením vlády ČR č. 229/2007 Sb., kterými se stanoví ukazatele a hodnoty přípustného stupně znečištění vod. Dále zákonem č. 274/2001 Sb. o vodovodech a kanalizacích pro veřejnou potřebu a vyhláškou č.428/2002 Sb., kterou se provádí zákon č. 274/2001 Sb.

7.1.1 Charakteristika recipientu Recipientem je potok Ţleb pod obcí Zbraslav. Pro posouzení vlivu vypouštěných odpadních vod z ČOV na recipient jsou pouţity základní hydrologické údaje o potoku Ţleb (zdroj: ČHÚ, pobočka Brno, Kroftova 43, 616 67 Brno). Tok: Ţleb Hydrologické číslo povodí: 4 - 15 - 03 - 003 Plocha povodí: 1,1 km2 Průměrná dlouhodobá roční výška sráţek: 565 mm Průměrný dlouhodobý roční průtok: 2,4 l.s-1 Kvalita vody v potoku Ţleb BSK5 = 14 mg.l-1 CHSKCr = 61 mg.l-1 NL = 51 mg.l-1 N-NH4 = 24,4 mg.l-1 Nc = 53,2 mg.l-1

38

7.2 Technologický popis zařízení ČOV Zbraslav Konfigurace ČOV Mechanicko-biologická čistírna byla projektována pro obec Zbraslav firmou Aquaprocon s.r.o. Stavbu prováděl VHS Veselí nad Moravou, KUNST Hranice. Samotná stavba byla zahájena v roce 2004 a dokončena v roce 2005. Zkušební provoz byl zahájen v lednu 2008. Čistírna je navrţena na 1200 EO. Odpadní voda přitéká z jednotné kanalizace na hrubé předčištění přes česlicový koš do čerpací stanice. Dešťové vody přitékají z čerpací stanice do dešťové zdrţe. Zdrţ je projektována na zachycení 15 minutového deště. (Pro Zbraslav byla pouţita intenzita deště 130,0 l.s-1 na ha). Z čerpací stanice je odpadní voda dopravována přes indukční průtokoměr do kompaktního zařízení HUBER Ro5C. Jedná se o separátor písku s řízeným prouděním (RoSF 3) s předřazenou částí – česlemi Ro 9. Zařízení je vybaveno lisem na shrabky a promýváním shrabků. Biologická linka je řešena jako nízkozátěţová aktivace.

Biologické

procesy

umoţňují

oxidaci

organických

směšovací

látek,

sorpci

nerozpuštěných látek na vločky aktivovaného kalu, biologickou oxidaci amoniakálního dusíku - nitrifikaci a biologickou redukci produktů nitrifikace na plynný dusík denitrifikaci. Z aktivační nádrţe odtéká aktivační směs do čtvercové vertikálně protékané dosazovací nádrţe. Zde dochází k vlastní sedimentaci vloček aktivovaného kalu. Po obvodu nádrţe je umístěn přepadový ţlab, který je vybaven nornou clonou. Vyčištěná voda přepadá do ţlabu a odtéká přes měrný objekt do výustního objektu ČOV. Přebytečný kal je odčerpáván ze systému pomocí čerpadla. Kal je čerpán do uskladňovací nádrţe kalu. Mnoţství přebytečného kalu je měřeno indukčním průtokoměrem.

Uskladňovací

nádrţ je

míchána

a

provzdušňována

pomocí

středobubliných aeračních elementů. ČOV splňuje poţadavky na automatizovaný provoz, nízkou spotřebu energie. Pouţitím kyslíkové sondy se stává čistící proces plně automatizovaným a je dosaţeno exaktního dávkování potřebného mnoţství kyslíku pro aktivační a nitrifikační proces.

39

Obr. č. 5: ČOV Zbraslav

40

Tab. 2: Údaje o čistírně komunálních odpadních vod Zbraslav Parametr

Značka Hodnota Jednotky

Počet ekvivalentních obyvatel

N

1200

EO

Průměrný denní přítok odpadních vod

Q24,m

180

m3

Průměrný denní bezdeštný přítok

Q24

198

m3

Maximální denníbezdeštný přítok

Qd

270

m3

Maximální hodinový bezdeštný přítok

Qhmax

23,85

m3

Maximální denní přítok na biologii za deště Qdeš´t

28,62

m3

Hydraulická zatížení:

Denní látkové zatížení: BSK5

-

64,8

kg

CHSKCr

-

129,6

kg

NL

-

59,4

kg

Nccelk

-

11,9

kg

Pccelk

-

2,7

kg

Koncentrace aktivační směsi

X

3,5

kg.m-3

Stáří kalu

Әx

28

dny

Látkové zatíţení kalu

Bx

0,05

kg.kg-1 za den

Objemové zatíţení kalu

Bv

0,2

kg.m-3 za den

Celkový objem aktivace

Vc

380

m3

Specifická produkce kalu

YOBS

0,67

kg.kg-1

Denní produkce kalu

Vbiol

84,5

kg

Koncentrace kalu

Xkal

8

kg.m-3

Denní objem produkovaného kalu

Qkal

14

m3

Kalový index

Kl

110

ml.g-1

Recirkulační poměr

R (Qd)

150

%

Sovnávací objem kalu

VK

385

ml.g-1

Doba zdrţení (Qd)

t

12,8

hodin

Zatíţení plochy hladiny NL (Qd)

NA

3,47

kg.m-2 za hodinu

Povrchové hydraulické zatíţení (Qd)

v

0,22

m3.m-2 za hodinu

Strana nádrţe

d

4,5

m

Celková plocha

FDN

40,5

m2

Směšovací aktivační nádrže:

Dosazovací nádrže:

41

7.2.1 Vstupní čerpací stanice Odpadní voda včetně mezního deště, přitéká jednotnou kanalizací do čerpací stanice (ČS) na přítoku do ČOV o půdorysných rozměrech 2,1 x 2,4 m, bezdeštná hladina – 0,85 m, maximální hladina 3,95 m, uţitný objem (bezdeštný) – 4,3 m3, maximální uţitný objem 20 m3. Přítok do ČS. je chráněn česlicovým košem s průlinami mříţí 30 mm, víkem a otevíracím dnem. V čerpací stanici jsou osazena ponorná čerpadla Wilo – Emu (3,5-7 l.s-1) pro čerpání průměrného aţ maximálního přitoku na ČOV. Pracovní čerpadlo je vţdy jen jedno, druhé je záloha. Ovládací skříň umoţňuje ruční nebo automatické ovládání.

7.2.2 Deštová zdrţ Dešťové vody přepadají z ČS. přepadovým otvorem ve společné stěně do průtočné dešťové zdrţe. Po naplnění přepadá voda do obloukového ţlabu. Voda zachycená v dešťové zdrţi se přepouští do vstupní ČS. přes šoupátko. Kapacita dešťové zdrţe je navrţena na 15minutové zdrţení, celkový objem 78 m3. K odstranění sedimentu na dně zdrţe je osazena vyplachovací klapka. Mnoţství přepadajících - odlehčovaných vod je snímané na měrném Parshallově ţlabu ultrazvukovým snímačem.

7.2.3 Jemné česle, lapák písku Z čerpací stanice je voda přečerpávána na mechanickém předčištění instalované v provozní

budově.

Odpadní

vody

jsou

přívodním

potrubím

s indukčním

průtokoměrem vedeny na kompaktní zařízení Huber Ro-5C. Zařízení sestává z jemných sítových česlí s lisováním a promýváním shrabků a lapáku se separátorkou písku s řízeným prouděním. V automatickém reţimu je zařízení řízeno vlastní (nastavitelnou) časovou a plovákovou automatikou. Ze separátoru písku je předčištěná odpadní voda vedena ţlabem vně budovy do biologické linky.

7.3 Biologická část Je součástí kompaktního stavebního objektu, který je půdorysně navrţen jako obdélníkového tvaru o vnějších rozměrech 16,15 m a 14,35 m. Vnitřní dispozice je soustavou vnitřních zdí rozdělena na pět samostatných prostorů. Těmito prostory jsou

42

aktivační nádrţ, armaturní místnost s AT stanicí, dosazovací nádrţ, kalojem a dešťová zdrţ.

7.3.1 Aktivační nádrţ Z mechanického

předčištění

natéká

odpadní

voda

do

aktivační

nádrţe

půdorysného rozměru 8,7 x 8,7 m, hloubkou vody 4,75 m a uţitným objemem 360 m3. Provzdušnění nádrţe zajišťuje sada jemnobubliných elementů FORTEX AME- T750. Hladina rozpuštěného kyslíku je monitorována pomocí kyslíkové sondy INSA.

7.3.2 Dosazovací nádrţ Z aktivační nádrţe odtéká aktivační směs potrubím přes armaturní komoru do čtvercové, vertikálně protékané, dosazovací nádrţe o rozměrech 6,5 x 6,5 m. Zde dochází k vlastní sedimentaci vloček aktivovaného kalu. Plovoucí kal je z hladiny stahován přes upravenou horní část nátokového válce a čerpán mamutkovým čerpadlem potrubím DN 50 do aktivace. Čerpadlo vratného a přebytečného kalu Wilo EMU v sestavě 1 + 1 ovládaná přes frekvenční měnič jsou umístěna v podzemní armaturní komoře.

Potrubní připojení s elektronicky ovládanými armaturami

umoţňuje jejich střídání a volbu trasy vratný-přebytečný kal. V armaturní komoře jsou navíc instalována následující společná zařízení: Čerpadlo podlahových vod Wilo a AT stanice EFA 200 s čerpadlem LOWARA

7.3.3 Chemické sráţení fosforu Sestává ze zásobníku chemikálie – typizované dvouplášťové nádrţe Prominent objemu 2 m3 a z dávkovací soupravy s čerpadlem Prominent umístěné v armaturní komoře sdruţeného objektu. Dávkovací potrubí je napojeno na potrubí přivádějící aktivační směs přes armaturní komoru do dosazovací nádrţe.

7.4 Kalové hospodářství 7.4.1 Uskladňovací nádrţ Kalojem je půdorysně navrţen o vnějších rozměrech 6,5 x 3,6 m s hloubkou 3,6 m a objemem 85 m3. Kal z kalojemu je míchán a aerobně stabilizován pomocí středobubliných aeračních element AME - 260S v počtu 15ks. Zdrojem vzduchu je

43

jedno dmychadlo LuToS umístěné vedle dmychadel pro aktivační nádrţ v přilehlé armaturní komoře. Zálohu dmychadla zajišťuje odbočka z rozvodu vzduchu do aktivace. Kalová voda odtéká z hladiny kalojemu zpět do aktivační nádrţe. Stabilizovaná kal je z kalojemu odváţen na zpracování na čistírnu do Tetčic. Vyčerpání kalojemu (do aktivace k zpracování nebo do fekálního vozu) zajišťuje ponorné čerpadlo Wilo.

7.5 Popis ostatních objektů ČOV 7.5.1 Provozní budova Zajišťuje zázemí obsluhy a provozu čistírny. Jedná se o jednopodlaţní budovu se sedlovou střechou velikosti 9,4m x 6,4m rozdělená na dvě oddělené prostory: -

Zázemí obsluhy – dále příčkami dělené na vstupní chodbu, velín, WC a sprchu. Hala mechanického předčištění.

7.5.1 Výůstní objekt Slouţí pro vypouštění vod z ČOV do recipientu. Zaústění kanalizačního polypropylenového potrubí Pragma DN 400 mm je provedeno pomocí betonového bloku výůstního objektu.

8. ÚČINNOST ČIŠTĚNÍ ODPADNÍCH VOD VE ZBRASLAVI Nařízení vlády ČR č.229/2007 Sb. stanoví maximální ukazatele přípustného znečištění vypouštěných odpadních vod. Hodnoty jsou uvedeny v tabulce. Tabulka 3.: Emisní standardy dle přílohy č.1 nařízení vlády č.229/2007 Sb. ČOV 500 – 2000 EO

„p“

„m“

CHSKCr

125 mg.l-1

180 mg.l-1

BSK5

30 mg.l-1

60 mg.l-1

NL

40 mg.l-1

70 mg.l-1

N-NH4

20 mg.l-1

40 mg.l-1

44

„p“ - přípustná hodnota koncentrací pro rozbory směsných vzorků vypouštěných odpadních vod „m“ – maximálně přípustná hodnota koncentrací pro rozbory prostých vzorků vypouštěných odpadních vod Podle Nařízení vlády č. 229/2007 Sb., přílohy č. 3 – Imisní standardy ukazatelů přípustného znečištění povrchových vod je nutné dosáhnout těchto hodnot CHSKCr = 35 mg.l-1 BSK5 = 6 mg.l-1 Ncelk. = 8 mg.l-1 Pro porovnání uvádím níţe kvalitu vody v recipientu. Údaje o recipientu (potok Ţleb): Denní průtok Q = 2,4 l.s-1 CHSKCr = 61 mg.l-1 BSK5 = 14 mg.l-1 NL = 51 mg.l-1 Tabulka 4. : Hodnoty znečištění na odtoku Objekt ČOV. Zbraslav ČOV. Zbraslav ČOV. Zbraslav ČOV. Zbraslav ČOV. Zbraslav ČOV. Zbraslav

Název

Datum odběru

BSK5

CHSKCr

Pcelk

Ncelk

NL

N-NH4

pH

Odtok

9.1.2008

4

31

3,87

19,6

17

0,39

7,2

Odtok

6.2.2008

3

24

4,43

24,5

11

0,1

6,9

Odtok

5.3.2008

4

48

1,06

32,4

17

0,2

7,2

Odtok

2.4.2008

4

28

2

17,3

6

0,1

7

Odtok

6. 5.2008

3

28

2,72

12,4

7

1,37

7,2

Odtok

20.5.2008

3

21

1,67

14,6

5

0,35

7,3

45

ČOV. Zbraslav ČOV. Zbraslav ČOV. Zbraslav ČOV. Zbraslav ČOV. Zbraslav ČOV. Zbraslav ČOV. Zbraslav

Odtok

4.6.2008

3

28

2,82

5,63

5

0,13

7,4

Odtok

1.7.2008

3

28

3,09

1,97

11

0,1

7,3

Odtok

27.8.2008

3

28

3,48

11,9

6

1,05

7,6

Odtok

9.9.2008

3

26

2,98

7,78

10

0,14

7,6

Odtok

8.10.2008

3

26

3,04

13

8

0,42

7,3

Odtok

5.11.2008

3

31

5,21

17,7

8

0,13

7,3

Odtok

2.12.2008

4

27

3,02

19,8

17

0,27

7,5

3,3

28,8

3,03

15,28

10

0,37

7,29

Ø v mg. l-1

Do recipientu jsou vypouštěny přečištěné odpadní vody s průměrnými hodnotami: Q = 2,7 l.s-1 CHSKCr = 28,8 mg. l-1 BSK5 = 3,3 mg. l-1 Nyní je moţné stanovit směsnou rovnici pro odtok z ČOV do recipientu. CHSKCr: (2,4 x 61 + 2,7 x 28,8) / (2,4 + 2,7) = 96,1 mg.l-1 BSK5: (2,4 x 14 + 2,7 x 3,3) / (2,4 + 2,7) = 20,4 mg.l-1 Z výše uvedené rovnice vyplývá, ţe ČOV splňuje Nařízení vlády č. 229/2007 Sb.

46

Účinnost ČOV je moţné posoudit také výpočtem: Ecelk = Cpřitok - Codtok\ Cpřitok Ecelk - celková účinnost ČOV, Cpřítok – koncentrace na přítoku, Codtok – koncentrace na odtoku Znečištění odpadní vody na přítoku bylo měřeno pětkrát ročně. Vycházíme z průměrných hodnot znečištění: BSK5 = 201,7 mg.l-1 CHSKCr = 463,2 mg.l-1

E BSK5 = 201,7 - 3,3 /201,7 = 0,9836 x 100 = 98,36 % E CHSKCr = 463,2 - 28,8 /463,2 = 0,9378 x 100 = 93,78 % Tyto výsledky dokazují, ţe čistírna ve Zbraslavi pracuje s vysokou průměrnou účinností. Tato účinnost se během roku můţe měnit v závislosti na hodnotách znečištění a mnoţství vody. Stanovení BSK5 Odebraný vzorek se naředí maximálně okysličenou čistou vodou a je 5 dní skladován za stálé teploty. Měří se úbytek rozpuštěného kyslíku před a po zahájení pokusu. Tabulka 5. : Účinnost čištění pro BSK5 Místo ČOV. Zbraslav ČOV. Zbraslav ČOV. Zbraslav ČOV. Zbraslav

Měsíc únor duben červen září

Přítok 324 127 231 240

Odtok 3 4 3 3

Účinnost % 99,07 96,85 98,71 98,75

Stanovení CHSKCr Odebraný vzorek se nechá vařit po dobu dvou hodin s oxidačním činidlem pod zpětným chladičem. Měříme úbytek oxidačního činidla K2Cr2O7. Tento druh stanovení se uţívá především pro rychlé určení celkové koncentrace znečištění.

47

Tabulka 6. : Účinnost čištění pro CHSKCr Místo ČOV. Zbraslav ČOV. Zbraslav ČOV. Zbraslav ČOV. Zbraslav

Měsíc únor duben červen září

Přítok 536 440 490 510

Odtok 24 28 28 26

Účinnost % 94,78 93,64 94,29 94,91

Stanovení celkového dusíku Celkový dusík je jedním ze základních ukazatelů týkajících se odpadních vod a jejich vypouštění do vod povrchových. Celkový dusík je součtem všech forem anorganicky a organicky vázaného dusíku. Jde především o dusík amoniakální, dusitanový, dusičnanový a organický. Pro stanovení celkového dusíku jsou k dispozici tři typy metod. Oxidační mineralizace, spalování vzorku a tzv. kjeldahlizace. Při této poslední metodě nedochází k rozkladu některých organických látek, a proto se její aplikace nedoporučuje. (Článek: Celkový dusík, dostupný na http://www.irz.cz/metodymereni/celkovy_dusik)

Tabulka7. : Účinnost čištění pro celkový dusík Místo ČOV. Zbraslav ČOV. Zbraslav ČOV. Zbraslav ČOV. Zbraslav

Měsíc únor duben červen září

Přítok 105 43,5 57 45

Odtok 24,5 17,3 1,97 7,78

Účinnost % 76,67 60,23 96,55 82,72

Účinnost čištění během roku Z výše uvedených tabulek je patrné, ţe během roku se čistírna vypořádává jistými výkyvy znečištění a různým přítokem vody coţ je způsobeno zejména ročním obdobím.

48

Graf. 2: Porovnání % účinnosti čištění během roku

V příloze č. 1, tabulky 1b nařízení vlády 229/2007 Sb., je stanovena minimální účinnosti čištění vypouštěných odpadních vod (minimální procento úbytku) pro sledované ukazatele: BSK5 = 80 %, CHSKCr = 70 %, N-NH4 = 50 % vztaţené na čistírny pro 500 – 2000 EO. Celkový dusík a fosfor se pro čistírny těchto velikosti sledovat nemusí. ČOV Zbraslav dosahuje průměrných ročních hodnot pro sledované ukazatele: BSK5 = 98,34 %, CHSKCr = 94,405 %, N-NH4 = 98,85 %, Ncelk. = 79,04 %, P = 62,46 %. Z toho je jasně patrné, ţe ČOV Zbraslav splňuje podmínky stanovené v příloze č. 1, tabulky 1b nařízení vlády 229/2007 Sb. (Pozn.: Ve své práci se zaměřuji pouze na sledování ukazatelů znečištění: BSK 5, CHSKCr a Ncelk., který lépe charakterizuje ostatní formy znečištění odpadních vod dusíkatými látkami, které se na ČOV Zbraslav sledují.)

49

Graf. 3: Průtok vody čistírnou během roku

Průtok vody čistírnou během roku 10000 9000 8000 7000 objem vody 6000 5000 (m3) 4000 3000 2000 1000 0

PRUTOK

I.08

III.08

V.08 VII.08 IX.08

XI.08

Měsíce

9. DISKUZE Znečištění odpadních vod má rozsáhlý důsledek na vlastnosti vodního toku a jeho ekosystému. Dříve se budovaly čistírny odpadních vod pouze ve větších městech, ale v současné době se dostávají i na venkov do menších vesnic. Díky průmyslovému rozvoji se mění povaha vypouštěných látek a tím i sloţení odpadní vody. Do vodních toků se dostává stále více nebezpečných látek, a proto je nutné budovat co nejvíce čistíren odpadních vod. Je to způsobeno také pomalejším odbouráváním škodlivých látek. Příroda pomalu ztrácí schopnost tyto látky samovolně odstraňovat, protoţe člověk zasahuje do vodních toků jejich úpravami tak aby se voda co nejrychleji odvedla a nezpůsobila případné ţivelné pohromy. Proto je nutné přírodní procesy napodobit a zintenzivnit v umělých podmínkách čistíren. Tato práce slouţí k rychlému uvedení do problematiky čistírenských technologií po teoretické stránce a v závěru se vztahuje na vybranou čistírnu odpadních vod ve Zbraslavi u Brna, která je názorným příkladem venkovské čistírny odpadních vod. Zbraslav charakterizuje klasickou vesnici střední velikosti, na které exemplárně popisuji základní princip čištění. Na této čistírně jsem chtěl popsat její funkci a význam pro krajinu z ekologického hlediska. V práci porovnávám nejprve koncentrace

50

znečišťujících látek na přítoku do ČOV a na vyústění do recipientu potoka Ţleb. Zaměřuji se především na základní ukazatele znečištění. Jedná se o chemickou spotřebu kyslíku CHSK, biologickou spotřebu kyslíku BSK a stanovení celkového dusíku. Koncentrace jsem porovnal výpočtem, účinnosti a graficky znázornil a porovnal s hodnotami stanovenými platnou legislativou. Z grafu je patrné, ţe čistírna má výborné výsledky a plní svou funkci, tudíţ splňuje i nařízení vlády č. 229/2007 Sb., které stanovuje maximální koncentrace na odtoku. Při sledování BSK je patrné, ţe čistírna pracuje velice dobře a nedostane se v průběhu roku pod 96 %. Přičemţ nejlepší účinnost byla naměřena v měsíci únoru. Z toho vyplývá, ţe v zimních měsících se dostává do vodního toku znečištění nejmenší. Při sledování CHSK je patrné, ţe se účinnost čištění pohybuje v relaci od 93 do 95 % a v průběhu roku se příliš nemění. Relativně horší výsledky vykazuje čistírna při sledování účinnosti odstranění celkového dusíku z odpadní vody. Hodnoty kolísají mezi 60 – 96 %, přičemţ nejmenší hodnota byla naměřena v měsíci dubnu. Tento fakt můţe být způsoben jarním dohnojováním, při kterém hrozí, ţe se při sráţkových událostech dostane dusík z hnojiv do vody. V práci sleduji i rovnoměrnost přítoku odpadní vody a vytíţenost čistírny v jednotlivých měsících. Z grafu je jasně vidět ţe k největšímu zatíţení dochází v jarních měsících. Srovnáním hodnot průtočného mnoţství vody a procentuální účinnosti v jednotlivých měsících jsem zjistil, ţe se vzrůstajícím naředěním se vytrácejí z odpadní vody nutrienty, které jsou potřeba pro správnou funkci ČOV. Mikroorganismy tak nemají dostatek potravy. Z celé práce tedy vyplývá, ţe čistírna splňuje veškeré parametry a vyhovuje i platné legislativě a přispívá tak k trvale udrţitelnému rozvoji v krajině.

51

10.

ZÁVĚR

Cílem této práce bylo popsat průtok odpadní vody čistírnou od jejího přítoku na objekt ČOV aţ po vyústění do recipientu a nastínit některé metody čištění. Byla zde rozebrána i čistírna komunálních odpadních vod v obci Zbraslav. Tato byla vybudována teprve nedávno, v roce 2005, byl spuštěn její zkušební provoz, ale jiţ dnes je patrné, ţe se napojení kanalizační sítě na tuto ČOV projevuje na venek velice pozitivně a to nejen vůči přírodnímu prostředí do kterého byly odpadní vody vypouštěny. Občanům se tak odpadla starost s vyváţením odpadních jímek. V obci se nadále počítá v brzké době s opravami kanalizační sítě a výstavbou nových úseků kanalizace. Proto lze předpokládat, ţe se bude zacházení s odpadní vodou ve Zbraslavi neustále zlepšovat. Nyní pracuje ČOV s vysokou účinností, která se pohybuje nad hranicí 90%. Výstavbu kanalizace a čistírny odpadních vod by nebylo moţné realizovat bez finančních dotací. Celkové náklady na vybudování čistírny odpadních vod se vyšplhaly na 39 427 475Kč. Rekonstrukce kanalizační sítě a výstavba nových úseků, která probíhala spolu s výstavbou čistírny stála doposud 40 000 000Kč. Tento projekt byl ze 60 % financován fondem ţivotního prostředí, 20 % pocházelo z vlastních zdrojů obce a zbývajících 20 % pokryla půjčka.

52

11. SEZNAM POUŢITÉ LITERATURY A PRAMENŮ HLAVÍNEK, P., HLAVÁČEK, J.: Čištění odpadních vod – praktické příklady výpočtů. 1. vyd. NOEL, 1996 HLAVÍNEK, P., A KOL. Stokování a čištění odpadních vod. modul 2. Brno: VUT: 2006. HUBERT FADRUS. Čištění průmyslových odpadních vod. NOEL 2000 JAN ŠÁLEK, VÁCLAV TLAPÁK. Přírodní způsoby čištění povrchových a odpadních ČKAIT, s.r.o., Praha 2006 KANALIZAČNÍ ŘÁD veřejné kanalizace obce Zbraslav u Brna. AQUA PROCON s.r.o., Brno 2007 KOLEKTIV AUTORŮ: Čištění odpadních vod, jako nástroj k ochraně ţivotního prostředí v zemědělské praxi a na venkově, skripta Mendlovy lesnické a zemědělské univerzity, Brno, 2007 LIBRA, J. Stavby pro odpadové hospodářství. Brno: MZLU: 2005. ISBN 80-7157-861-4 MARTIN MACHALA. Prezentace: Čištění odpadních vod, MZLU 2008 MILAN KOUŘIL. Kořenové čistírny, alternativní způsob nakládání s odpadními vodami. Vydáno v Českých Budějovicích 2006 PROVOZNÍ ŘÁD ČOV. Zbraslav. Vodárenská akciová společnost a.s., Brno 2007 VÍTĚZ, T., GRODA, B. Čištění a čistírny odpadních vod. Brno: MZLU: 2008 VLADIMÍR KREJČÍ a kol. Odvodnění urbanizovaných území. NOEL 2000

53

Internetové stránky: Článek: Čištění odpadních vod, Dostupný na http: //water.fce.vutbr.cz/vyuka/SITE/cov.doc http://www.mzp.cz

12. SEZNAM TABULEK Tab.1: Hodnoty specifického znečištění v [g za den na obyvatele] za usazovacími nádrţemi při průtoku Qv podle střední doby zdrţení v usazovacích nádrţích podle ČSN 75 6410 Tab.2: Údaje o čistírně městských odpadních vod Zbraslav Tab.3: Emisní standardy dle přílohy č.1 Nařízení vlády č.61/2003 Sb. Tab.4: Hodnoty znečištění na odtoku Tab.6: Účinnost čištění pro BSK Tab.7: Účinnost čištění pro CHSK

54

13.

PŘÍLOHY

Fotografie 1: Aktivační nádrž

Fotografie 2: Dešťová zdrž

55

Fotografie 3: Vyústění do recipientu

Fotografie 4: Informační cedule

56