14.10.2010
Nakládání se srážkovými a čištěnými odpadními vodami u decentralizovaných staveb v lesním prostředí Jan Šálek Michal Kriška
[email protected] kriš
[email protected]
Druhy vod a bioodpadů U menších zařízení nacházejících se v lesním prostředí se setkáváme s těmito vodami: • • • • •
Úvod do problematiky Komplexní řešení vodního hospodářství obytných staveb, rekreačních zařízení a menších provozních staveb v lesním prostředí, včetně využití bioodpadu, je velmi aktuálním problémem, vyžadujícím řešení. Komplexní řešení spočívá: • v ekonomickém a zejména ekologickém a nakládání s vodou a bioodpady; • v možnosti významných úspor při využití srážkových vod, čištěných a upravených odpadních vod; • v možnosti využití tohoto způsobu u decentralizovaných staveb, které nelze napojit na vodovodní a stokovou síť, recipient apod.
Příklad řešení vodního hospodářství obytného domu a malého rekreačního objektu v lese Při zpracování vodního hospodářství se vychází: a) Ze zhodnocení zdrojů vody b) Zjištění množství jednotlivých druhů vod c) Stanovení potřeby čištění d) Určení potřeby krátkodobé akumulace a vyrovnání e) Stanovení možností zpětného využití f) Vyhodnocení množství odpadních vod
pitnou vodou, nečastěji ze studní; srážkovou vodou z odtoku dešťových srážek; šedou vodou z mytí, umývání, praní apod.; hnědou vodou ze sociálních zařízení; odpadními vodami z malých provozních zařízení.
Z bioodpadů se jedná především: • bioodpad z obytných, rekreačních, provozních zařízení; • organický odpad z čistírny odpadních vod (zejména stabilizovaný kal) a výjimečně přímo ze sociálního zařízení; • organický odpad ze zahrádky, travnatých ploch,parkových ploch rekreačních zařízení, ze zpracování dřeva apod.
Zdroje a charakteristika pitné vody Hlavními zdroji pitné vody u individuálně stojících objektů v lesním prostředí, jsou studny, vrty, jímací zářezy, pramenné jímky apod. Potřeba vody na jednoho obyvatele závisí na vybavení obytného domu a rekreačního objektu a určuji ji příl.12 y y č.42/2001 Sb. a pohybuje y j se při plném vyhlášky vybavení od 31 do 46 m3. rok-1 na jednoho obyvatele Jakost pitné vody určuje vyhláška č.254/2004 Sb., která stanoví hygienické požadavky na pitnou a teplou vodu, vyhlášky č.187/2005 Sb. a č.293/2006 Sb. stanoví ukazatele fyzikální, chemické, biologické, speciální a ostatní. U domovních studní jakost ověřují autorizované laboratoře.
Odběry podzemních vod –studny a)Vrtaná studna
b) Kopaná, vypažená studna
Vrtaná studna 1-šachtice,2-výtlačné potrubí, 3-ponorné čerpadlo, 4-obsyp
Kopaná skružová studna 1-dlažba, 2podsyp, 3-kryt, 4-skruže, 5-trávník, 6-jílové těsnění, 7-obsyp, 8-štěrk, 9- dno studny, 10těsnění, 11-čerpací zařízení (podle ČSN 75 5115)
1
14.10.2010
Srážkové vody – množství a složení Srážkové vody jsou důležitou součástí vodního hospodářství drobných staveb, specifický roční srážkový odtok V se stanoví ze vztahu: ( m3. r-1. m-2 ) V = 10-3 . Φr . Hr
φr je redukovaný odtokový součinitel, Hr - redukovaný roční srážkový úhrn (mm) po odečtení všech srážek menších než 1 mm za den Hodnoty vybraných součinitelů odtoku v různých podmínkách uvádí ČSN 75 6101; srážkoměrné údaje z měření na nejbližší srážkoměrné stanic je možné získat v Českém hydrometeorologickém ústavu Složení srážkových vod se stanoví individuálně pro konkrétní lokalitu, závisí na mnoha činitelích, uvedených na závěr citované publikace
Dvoustupňová úprava srážkových vod a) Jednoduchá úprava na spádovém sítu b) Náročnější úprava na spádovém sítu, usazovací nádrži a pískovém filtru
kde
Zjednodušené schéma úpravy srážkových vod
Pozn.: Případná hygienizace se zajistí UV zářičem
Otevřená těsněná akumulační nádrž s odběrem vody na závlahy a vsakovacím perforovaným potrubím při přebytku srážkové vody
1-zásobní prostor, 2-retenční prostor, 3- zemní těsněná nádrž, 4výpustné zařízení s pneumatickým čepovým uzávěrem, 5-šachtice-sací jímka, 6-závlahový čerpací agregát, 7-vsakovací perforované potrubí
UN – usazovací nádrž, ČA – čerpací agregát
Těsněný půdní filtr na úpravu srážkových vod s podzemní akumulační nádrží
1-přívodní potrubí srážkové vody, 2-filtrační materiál, 3-filtrační obsyp, 4-perforované potrubí, 5-těsnění jímky, 6-vsakovací průleh, 7-spojovací a revizní šachtice, 8-vstup do akumulační nádrže, 9akumulační nádrž
Akumulace srážkových vod pro domovní využití s čerpacím zařízením a tlakovou nádrží
1-přívod upravené srážkové vody, 2-akumulační nádrž, 3,4,5-vstupy, 6výtlačné potrubí, 7-železobetonová jímka, 8-čerpací zařízení s tlakovou nádrží,9-vstupní žebřík, 10-bezpečnostní přeliv
2
14.10.2010
Možnosti využívání a hospodaření se srážkovými vodami
Využití srážkových vod na zelených střechách
Možnosti využívání srážkových vod: • k úhradě evapotranspirace vegetace zelených střech; • po úpravě a hygienizaci ke splachování na WC, praní prádla, zálivku, čištění; • k závlaze travnatých ploch ploch, rychlerostoucích dřevin; • k napájení okrasných a víceúčelových vodních nádrží; • k mytí domovních komunikací, lesnické techniky aj.; • k umělé infiltraci a zvyšování zásob podzemních vod. Způsob úpravy srážkových vod se stanoví individuálně, podle jednotlivých nároků na kvalitu Nová metoda uspořádání zelené střechy podle návrhu pracovníků Ústavu pozemního stavitelství FAST VUT Brno
Využití srážkových vod k napájení drobných vodních nádrží
Malá vodní nádrž s břehovou infiltrací
Malá akumulační nádrž napájená srážkovými vodami
Vsakovací podzemní potrubí a vsakovací studny
Využití srážkových vod infiltrací ke zvyšování zásob podzemní vody
Suchá infiltrační nádrž (průleh) h – výška vodního sloupce (0,2 až 0,4m), d – hloubka uložení zdánlivě nepropustného podloží P ř í k a d
Malé vodní nádrže s retencí a infiltračním pásem a umělý mokřad na dočištění a evapotranspiraci srážkových vod
a) Vsakovací perforované podzemní potrubí b) Vsakovací studny
Uspořádání vsakovacího potrubí s předřazenou usazovací nádrží s vertikálním prouděním
Vsakovací studna h-hloubka akumulačního prostoru, 1přívod srážkové vody, 2studna, 3-štěrkový podsyp
Malá vodní nádrž se stálým a retenčním prostorem a s napojením na filtrační zónu
Řízený umělý mokřad 1-přívod srážkových vod,2-šachtice, 3rozdělovací žlábek, 4-rozdělovací potrubí, 5-jímka, 6-těsnění,7filtrační materiál, 8-vegetace, 9odběrné potrubí, 10-dlužový přeliv, 11-šachtice, 12-lávka, 13odpad, 14-šachtové přelivy, 15kamenná patka s obráceným filtrem
3
14.10.2010
Metody a způsoby zajištění vsaku do půdy úpravou povrchové vrstvy U chodníků, domovních dvorků, odstavných ploch a příjezdových cest se docílí vsaku srážkových vod použitím: a) drnového zpevnění kvalitním udržovaným trávníkem; b) štěrkového zpevnění, případně kombinaci se zatravněním; c) zpevněním pouze pojízdných pásů, okolí zůstává zatravněné; d) dlažbou z vegetačních tvárnic; e) dřevěnou dlažbou a dřevěnými rošty; f) porézní dlažbou, kombinací se zatravněnými mezerami; Nezbytnou podmínkou je propustné podloží, do potřebné hloubky zakleslá hladina podzemní vody a dostatečně velký prostor na infiltrující vodu. Zvýšená hladina podzemní vody infiltrující srážkovou vodou nesmí negativně ovlivňovat okolní objekty, ani způsobovat jakékoliv formy podmáčení.
Šedé odpadní vody Šedé odpadní vody tvoří odpadní voda z umývání, sprchování, koupání, praní prádla. Čištění a úprava šedých vod se navrhuje dvou až třístupňově,vyčištěné a upravené odpadní vody se využívají k splachování WC a čištění chodníků a domovních komunikací, hygienizují se UV-zářením
Potřebné čištění odpadních vod drobných, individuálně stojících decentralizovaných staveb a zařízení před dalším využitím Potřebné čištění odpadních vod před dalším využitím spočívá v zachycení hrubších a jemných suspendovaných látek, tuků a olejů,organického znečištění, tenzidů aj. znečištění.K tomuto účelu se nejmenších a malých zařízení používají: a) Biologické septiky v kombinaci s přírodními způsoby čištění (vegetační kořenové čistírny, půdní filtry, biologické nádrže, bioreaktory, nádrže s akvakulturami aj.) b) Mechanické stupně čištění (jemné česle, lapák tuku (písku), usazovací nádrže s min. 2 hodinovým zdržením c) Umělé (strojní) mechanicko-biologické čistírny ( aktivační, diskové, mikrofiltrace aj.) Podrobnější popis je předmětem samostatného referátu.
Odvodnění chodníků zpevněných dvorků a místních komunikací v okolí domu Vsakovací drény pod chodníkem
Vsakovací perforované potrubí
Vsakovací průlehy
Přímý však do propustného půdního prostředí s dostatečně zakleslou hladinou podzemní vody
Využití čištěných (upravených) šedých vod Čištěné (upravené) šedé vody se akumulují v samostatné akumulační nádrži a využívají se k těmto účelům: a) Splachování WC b) Čištění znečištěných ploch, zejména chodeb, chodníků, dvorků aj. aj c) Po chemické úpravě a hygienizaci jsou použitelné i na praní Existují metody a způsoby čištění, které dokáží upravit šedé vody na kvalitu odpovídající užitkové vody, tyto metody využívají mimo jiné membránové technologie a jsou doposud velmi nákladné.
Čištění odpadních vod v biologickém septiku
1-přívod odpadní vody, 2-norná stěna a sítový koš,3-odkalovací potrubí, 4nádržní prostor, 5kalový prostor, 6-přepážky zabraňující úniku kalu, 7-výtok
4
14.10.2010
Recirkulace vody v rámci vodního hospodářství decentralizovaného zařízení
Infiltrace čištěných odpadních vod
Prvořadým úkolem je maximální možná recirkulace vody v rámci decentralizovaného zařízení, která spočívá v těchto opatřeních: • ve zpracování podrobného plánu vodního hospodářství objektu; • v hledání možností opětovného využití vody v rámci řešeného objektu; • ve výrazném snížení množství odpadních vod, pro které není okamžité využití.
Novela zákona č. 254/2001 Sb. č.150/2010/Sb.v
Uspořádání jednoduchého infiltračního zařízení
Těsněný půdní filtr s následným využitím čištěné odpadní vody
1-přívod čištěné odpadní vody 2-regulační šachtice 3-infiltrační potrubí s obsypem 4-regulační šachtové přelivy 5-větrací komínky 6-filtrační materiál 7-travnatý povrch půdního filtru
Propojení dvou biologických nádrží (BN) a kombinace kořenové čistírny s biologickou nádrží
1-ochranná geotextilie, 2-těsnicí fólie, 3,4-vícevrstvý filtrační materiál z vhodného kameniva, 5-vegetace, 6-hrázka, R1 a R2 aerobní biologické nádrže
1-přívod odpadní vody, 2-biologický septik, 3- vtok do VKČ, 4-filtrační prostředí s vegetací, 5-výstupní obrácený filtr, 6-aerobní dočišťovací BN,7-výtok z BN, 8-revizní a recirkulační šachtice, 9- odpad
příznivých podmínkách hydrogeologických připouští, na základě posouzení jejich vlivu na životní prostředí, vypouštění čištěných vod do půdního prostředí, prováděcí vyhláška se připravuje připravuje.
Infiltrační zařízení musí se nacházet mimo ochranná pásma vodních zdrojů, odpadní vody nesmí obsahovat nebezpečné, závadné látky, nezbytný je podrobný hydrogeologický průzkum, který určí realizovatelnost zařízení.
1-rozdělovací šachtice, 2 a 7-větrací komínek, 3-půdní filtr s vegetací a bez vegetace, 4-filtrační prostředí, 5-rozdělovací potrubí, 6-odběrné potrubí, 8-revizní šachtice
Uspořádání malé kořenové čistírny s vegetací a bez vegetace, kombinovaná kořenová čistírna s dočisťovacími nádržemi u rekreačního objektu Foto: RNDr.Z.Žáková,CSc
Vegetační kořenová čistírna
Dočišťovací malá vodní nádrž „rybníček“
5
14.10.2010
Příklad uspořádání malé dočišťovací biologické nádrže
Provzdušovací kaskáda s přečerpáním
Dočišťovací biologická nádrž s provzdušovací kaskádou
Výpočet potřeby závlahové vody Potřeba vody MV ve vegetačním období
MV = kz ( Vc.r1 – α.Sv.r2 – Wz.r3 – Wk)
kde kZ je ztrátový součinitel, VC- vláhová potřeba rostlin, α-součinitel využitelnosti dešťových srážek za vegetační období SV, W Z - zásoba vody v půdě na počátku vegetačního období, W K - využitelné množství vzlínající podzemní vody, r1,r2,r3 - redukční součinitelé
Potřeba vody MMV pro mimovegetační závlahy
MMV = 100 kMV [(ΘPK – ΘM)hMV - 10 αMV HSMV + Z ]
kde kMV je ztrátový součinitel v mimovegetačním období, ΘPK - polní vodní kapacita půdy, ΘMV - vlhkost půdy, hMV - hloubka navlažení v mimovegetačním období, αMV - součinitel využitelnosti srážek v mimovegetačním období, HSMV - množství srážek za mimovegetační období, Z - ztráty vody
Podrobnosti uvádí ČSN 75 0424 „Potřeba vody pro doplňkovou závlahu“ a publikace citované v závěru
Čištění ve vegetační kořenové čistírně a dočištění závlahou a čištění v biologické nádrži a dočištění závlahou
Využití čištěných odpadních vod závlahou plodin Při závlaze odpadními vodami se využívá vodní a hnojivá hodnota čištěných odpadních vod při jejich současném dočištění. K závlaze se využívají výlučně čištěné odpadní vody, u malých decentralizovaných staveb jsou to biologické septiky, malé umělé (strojní) a přírodní čistírny. Při závlaze je třeba dodržet hygienické směrnice, ochranné (karenční) lhůty a ochranné vzdálenosti. V případě potřeby se čištěné odpadní voda hygienizují UVzářením. Zavlažují se především travnaté porosty, rychlerostoucí dřeviny, větrolamy aj. Odpadní vody se využívají k závlaze především ve vegetačním období, výjimečně v předvegetačním.
Uspořádání závlah odpadními vodami Odběr vody pro závlahu čištěnými odpadními vodami probíhá buď ve vegetačním období, nebo celoročně. Nezbytnou součástí závlahových zařízení je vyrovnávací, nebo akumulační nádrž. Vyrovnávací nádrž slouží ke krátkodobému vyrovnání ve vegetačním období. Akumulační nádrž se navrhuje při využívání závlah v rámci celoročního bezodtokého uspořádání uspořádání. Potřeba vody pro závlahy se počítá pro směrodatně vlhký rok, obvykle s 80 % zajištěním. K čerpání vody se používají malé čerpací odstředivé agregáty, nejčastěji s elektromotorickým pohonem. Rozvod vody se řeší podpovrchovým přívodním, rozvodným a rozdělovacím potrubím. Zavlažuje se všemi závlahovými způsoby, postřik, podpovrchová závlaha, mikrozávlahy, výtopa, podmok aj.
Uspořádání podpovrchové závlahy
OV-odpadní vody SV-srážkové vody A-akumulace
ČA – čerpací agregát, Š1,Š2,Š3 – regulační uzávěry
6
14.10.2010
Detailní uspořádání podpovrchové závlahy čištěnými odpadními vodami
Mikrozávlahy čištěnými odpadními vodami 1-přívodní potrubí, 2-rozvodné potrubí,3-rozdělovací potrubí, 4zavlažovací potrubí s kapkovači
L – rozchod rozdělovacího perforovaného potrubí, h – hloubka uložení rozdělovacího potrubí, H – hloubka zdánlivě nepropustného podloží
a) Závlaha odpadními vodami, vytváření zóny kapilárně zavěšené vody
b) Závlaha odpadními vodami nad zdánlivě nepropustným podložím
Závlaha dřevin čištěnými odpadními vodami
1-rotační bubnové síto,2-sací jímka s čerpadlem, 3-odpadní potrubí, 4-recirkulační potrubí, 5-rozvodné potrubí, 6-rozdělovací potrubí, 7-zavlažovací brázdy
Využití biologických nádrží a řízených mokřadů k evaporaci čištěných odpadních vod V podstatě se jedná o tři použitelné způsoby: a) Evaporace čištěné odpadní vody z hladiny plochých mělkých biologických, okrasných, dočišťovacích nádrží. b) Evapotranspirace čištěné odpadní vody v řízených mokřadech s makrofyty makrofyty. c) Kombinace výše uvedených dvou metod, kterými jsou mělké nádrže a mokřady. Problematika se řeší ve dvou alternativách: a) Bezodtoká uspořádání, určená pro rekreační zařízení provozovaná ve vegetačním období. b) Bezodtoká zařízení při celoročním provozu a produkci čištěných odpadních vod.
Zavlažovaná plocha
Bezodtoké soustavy Řada malých ČOV drobných decentralizovaných staveb, které nemají možnost přímého zaústění čištěných odpadních vod do recipientu hledá možnost jak ekologicky a ekonomicky naložit s těmito vodami. vodami Jednou z možností je bezodpadové využívání čištěných odpadních vod, resp. jejich převod evaporací, nebo evapotranspirací do ovzduší, zcela výjimečně, u nejmenších producentů jejich infiltrace do podzemních vod.
Evaporační biologické nádrže plnící funkci dočišťovací a evaporační
Evaporační nádrže jsou určené k převedení čištěných odpadních vod výparem do ovzduší Zajišťují současně dočištění čištěných odpadních vod Jsou použitelné v teplých oblastech ČR s vysokým výparem a nízkými srážkami Jejich využití je především pro zařízení využívaná v létě Orientační stanovení průměrného denního výparu z vodní hladiny
7
14.10.2010
Kombinace s malou vodní nádrží s mokřadní a vodní vegetací
Evapotranspirace z umělých řízených mokřadů
Sdružené soustavy tvoří:
Bilanční rovnice WPP+WPoP+SR-WET-WZ=0 WPP - povrchový přítok WPoP – podpovrchový přítok SR – srážky snížené o intercepci WET – evapotranspirace WZ – voda v pórech WPO, WPoP, WINF jsou nulové Odtoky z těsněného mokřadu
a) Kombinace nádrží s mokřadní vegetací b) Využití litorální zóny s mokřadní o ad vegetací ege ac c) Spojení nádrže s mokřadem d) Kombinace akumulační nádrže s řízeným mokřadem
Podmínky pro využití kalů na zemědělské půdě - vyhláška MŽP č.382/2001Sb.
Odvodnění a zpracování kalu v kalových polích (lagunách) mokřadními rostlinami
• Zapravení do půdy během 48 hodin • Aplikace na pozemky, kde je doložená potřeba dodání živin • Maximální roční množství 5 ((10)) t na 1 ha v průběhu 3 (5) let • Limitovaná dodávka N do 70% potřeby rostlin • Minimální obsah sušiny 5% (radlicové aplikátory), 18 % (rozmetadla) • Limitní koncentrace vybraných prvků v půdách a kalech • Dodržení mikrobiologických kritérií
Přednosti daného řešení: - Vysoká transpirace mokřadních rostlin - Vysoký odvodňovací účinek - Využívání vodní a hnojivé hodnoty kalů - Tvorba mohutné biomasy - Jednoduché konstrukční řešení - Nenáročný provoz kalových polí s vegetací - Výsledkem je kvalitní kompost
Graf závislosti evapotranspirace na teplotě (Měření Ing.Jiří Šálek,PhD) Hodnota evapotranspirace v závislosti na teplotě 45
Schéma uspořádání kalového hospodářství s mokřadními rostlinami pro rodinné domy
Evapotranspirace M-3 orobinec-kovová nádrž 2004
40
Lineární (Evapotranspirace M-3 orobinec-kovová nádrž 2004)
Evapotranspirace (mm)
35 30
y = 2,0478x - 13,076 R2 = 0,7241
25
Přírodní způsoby odvodnění kalů
20 15 10 5 0 0
5
10
15 Prům ěrná denní teplota (°C)
20
25
30
KČA – kalový čerpací agregát
8
14.10.2010
Schéma uspořádání kalových polí s mokřadními rostlinami A-počátek plnění B-konečná fáze plnění
Uspořádání kalových polí s mobilním plastovým průhledným krytem (A) a bez (B)
1-kryt (fóliovník), 2-mokřadní vegetace,3-substrát,4-obrácený filtr,5-drén
Návrhové parametry kalových nádrží Návrhové parametry: • Potřebná plocha 0,30 až 0,60m2 na 1 EO • Počet kalových polí 6 až 10, minimálně 4 • Hloubka kalových polí 1 1,00 00 až 1,4 14m • Těsnící fólie PE-HD 1,5 až 2 mm • Přívod tekutého kalu potrubím • Odvodňovací drenáž DN 100mm s filtračním obsypem
Suroviny pro tvorbu kompostů Pro výrobu domovních kompostů se využijí: • organický bioodpad, kterého produkuje každý obyvatel v průměru104 kg za rok; • tekutý kal z domovních septiků, resp. odvodněný kal s rozloženými zbytky mokřadní vegetace; • organický odpad (kůra, dřevní štěpky, tráva aj.); • jiný vhodný kompostovatelný materiál neobsahující podle ČSN 46 5735 nadlimitní množství škodlivých látek
Kompostování domovního bioodpadu Kompostování je aerobní termofilní biologický proces, jehož úkolem je rozložit biodegradabilní látky ve vybraných odpadech a převést je na stabilní humusové sloučeniny využitelné na zúrodnění půd. Termofilní režim vytváří dostatečně vysoké teploty nezbytné k zneškodnění plevelů a patogenních mikroorganizmů. Kompostováním se na jedné straně neškodně odstraní množství biologického odpadu a na druhé straně se vyrobí plnohodnotné hnojivo, kterým je možné částečně vyrovnávat negativní bilanci v organických hnojivech.
Průběh aerobního kompostování Tři fáze zrání kompostů: • Mezofilní fáze, při níž dochází k rozvoji mikroorganizmů a zvýšení teploty na 25 až 45 °C při současném rozkladu jednoduchých organických látek • Termofilní T fil í fáze, fá t l t se termofilními teplota t fil í i bakteriemi b kt i i zvyšuje š j na 45 až 70 °C, dochází k rozkladu celulózy, ligninu a tvorbě humusu • Třetí fází tvoří dozrávání kompostů, stabilizace humusových látek. Kompost je bez zápachu, hygienizovaný, plně využitelný jako hodnotné organické hnojivo
9
14.10.2010
Závěr Řešení problematiky komplexního řešení vodního
hospodářství obytných domů, rekreačních objektů a malých provozů v lese vyvolaly potřeby praxe. Předností tohoto řešení je možnost snadné kontroly, ekologický charakter zařízení, využití vodní hodnoty všech druhů vod, ochrana recipientů před eutrofizací, úspory na ý odpadech p aj. j objektech. j nákladných
Publikace zaměřené na problematiku přírodních způsobů čištění a využívání vody a) Informační centrum ČKAIT – Sokolská 15, 120 00 Praha b) Knihkupectví s odbornou literaturou
Podrobnosti uvádějí: Šálek,J.,Tlapák,V. „Přírodní způsoby čištění znečištěných povrchových a odpadních vod. ČKAIT Praha. 2006, 283.s. Šálek-Žáková-Hrnčíř „Přírodní čištění a využívání vody“ Brno: ERA, 2008, 115 s.
10
