Od jímky na vyvážení k domovním čistírnám s membránami Datum: 25.6.2007 Autor: Ing. Karel Plotěný Organizace: ASIO, spol. s r.o.
U ČOV s membránami je dobře biologicky vyčištěná voda filtrována přes membránu, která zabrání průchodu nerozpuštěných látek. Prakticky nulové koncentrace NL v odtoku ČOV umožňují přímou úpravu této vody, pomocí dalšího stupně (RO, aktivní uhlí a pod.) až na pitnou vodu.
Úvod Čím dál tím více obcí je odvodněno centrálními kanalizacemi. Tj. voda je svedena kanalizační sítí na městskou nebo obecní čistírnu. Stále je však velké množství lokalit, které nelze a z ekonomických důvodů ani nebude možné v budoucnu, na tyto centrální systémy napojit. Ať tedy chceme nebo nechceme, objekty na řešení tohoto stavu se staly součástí řešení pro odvádění odpadních vod. Viz plány rozvoje území a plány povodí. Své místo mají hlavně na vesnicích a při řešení osaměle stojících objektů. Prošly si svým vývojem a stále více se o nich mluví a určitě o nich ještě uslyšíme, v souvislosti s růstem významu decentrálního řešení odvádění odpadních vod. I když z hlediska legislativního jsou stále tak trochu, jak se říká, mimo rozlišovací schopnost našich politiků a legislativců, rozhodovat je třeba už dnes a jedná se o nemalé finanční objemy.
Legislativa Bohužel vývoj u nás jde tak nějak, díky legislativě, klikatou cestou. Nejprve nám okolní legislativci záviděli, že máme emisní i imisní hodnoty, pak se divili, že najednou žádné emisní hodnoty pro tuto kategorii nemáme. Před pár lety jsme tvrdili, že septiky se u nás již prakticky nepovolují, dnes řada úřadů tvrdí, že je lepší septik, než nefungující domovní čistírna. A namísto toho, abychom se poučili od těch co nás předběhli a odstranili největší slabinu, a sice zabezpečení provozování, tak pro jistotu úřady raději nařizují jímky na vyvážení. Chybějící systém kontroly pak vede i k tomu, že vedle děravých jímek na vyvážení máme celou řadu "zázračných čistíren". Máme sice již systém prokazování shody, navazující na evropskou legislativu, kde se podle norem stanoví účinnost čistíren. Bohužel na tento systém pak ale nenavazuje povolování vodohospodářských zařízení a rozhodující pak je, jak je výrobce odvážný, co prohlásí bez ohledu na to, co bylo naměřeno. Pro neznalé tedy dokonalý prales, pro znalé pak možnost zdůvodnit úplně všechno. Jímka na vyvážení - (žumpa) Jak již bylo uvedeno, na řadě lokalit řeší vodoprávní úřady svůj strach z toho, že neexistuje systém provozování tím, že prostě nařídí jímku na vyvážení. Své rozhodnutí si i sami sobě zdůvodní tím, že odvezením obsahu bude voda řádně vyčištěna. Neuvědomí si, že tím odsoudili investora k nejdražšímu možnému řešení likvidace odpadních vod, a že je to v řadě případů z globálního hlediska i to nejhorší řešení ve vztahu k životnímu prostředí. 3
Jednak je jímka dražší než např. domovní čistírna a jednak přijde uživatele likvidace 1 m odpadních vod na několik stovek korun. Mimo to, by i z malé obce odváželo odpadní vodu stále několik fekálních vozů (znečištění ovzduší, nový fenomén v životě vesnice). I z hlediska čištění takových vod se jedná o vodu, která je problematická díky probíhajícím hnilobným procesům. A tak není divu, že investor brzy objeví možnost (pokud s ní už neuvažuje od začátku) jak vodu likvidovat zasakováním nebo přečerpáním například do dešťové kanalizace. Výsledkem je tedy obvykle řešení, kdy do podzemních a povrchových vod jsou vypouštěny vody ještě méně vyčištěné, než by bylo v případě domovních čistíren. Jímka na vyvážení je vlastně nejdražším a nejrizikovějším řešením. Nařízené jímky pak snad přímo ekonomickou diskriminací části obyvatel.
Septik Dnes opět stále častěji používané řešení. Vedle klasických septiků se objevila řada čistíren na obdobném principu. Rozdíl je jen v tom, že výrobci u těchto vylepšených septiků deklarují hodnoty podle potřeby a požadavků vodohospodářských orgánů. Vodohospodářské úřady pak zase naopak oceňují to, že i když se o objekt nikdo nestará, je účinnost alespoň v desítkách procent. Když se podíváme na standardy v zahraničí, pak septik doplněný nějakým zemním filtrem apod. je zcela běžné zařízení a svědčí o tom i to, že Evropská norma pro ČOV do 50 EO se septiky počítá a podle této normy je septik doplněný dalším stupněm čištění zařízení zcela ekvivalentní domovní čistírně. Nevýhodou septiků je, pokud jsou řádně navrženy, že mají větší objem než domovní čistírny, a tak i pořizovací cena je vyšší. Domovní čistírny Domovních čistíren je celá řada, lišících se jak po stránce technologické, tak i po stránce užitné hodnoty. Dá se říci, že každá technologie má své přednosti i nedostatky a každá technologie se dá aplikovat tak, aby byla funkční nebo tak, aby nakonec funkční nebyla. V zásadě se díky vývoji legislativy a tlaku na ceny na trhu dají domovní čistírny rozdělit na ty, jejichž účelem je čistit vody a na ty, jejichž účelem je v prvé řadě vyřešit legislativní požadavek na existenci čistírny. Tj. dodat něco levného, o čem je možné prohlásit, že je to čistírna odpadních vod a podle potřeby a odvahy pak deklarovat i účinnost. Mezi těmito dvěma extrémy je pak i několik pokusů, snažících se o obé. Tj. dodat funkční zařízení (i když s kompromisy) a při tom levné (prodejné). Co se týká technologií, jsou v zásadě dva způsoby - buď se bakterie vznášejí ve formě vloček aktivační čistírny, nebo jsou přisedlé na nějakém nosiči - čistírny s nárůstovými technologiemi. Případně jsou na trhu i kombinace těchto technologií. V zásadě obecně platí, že nárůstové technologie jsou stabilnější, aktivace (tedy vločky ve vznosu) pak vhodnější na více zatížené vody a levnější. Kombinace nárůstových kultur a aktivace, je pak asi účinné a nejstabilnější řešení, ale také nejdražší. Otázka kalu je samostatnou kapitolou. Asi jen v České republice se vyskytují čistírny, které kal neprodukují, a není třeba jej tedy skladovat a vyvážet. V zahraničí, zejména v Německu, je otázce dostatečně velkého kalového prostoru věnována pozornost zejména ze dvou důvodů. Jednak se počítá s tím, že přece jen nějaký kal vzniká (a zákon zachování hmoty funguje) a je tedy třeba ho skladovat. A pak u těchto čistíren nelze zabránit tomu, aby do nich nebylo vylito menší množství desinfekčních prostředků apod. Egalizace, která v kalové části probíhá, pak chrání čistírnu před zkolabováním. Faktor provozování. Z hlediska působení na životní prostředí je asi nejdůležitějším faktorem to, jestli je čistírna provozována. Sebezázračnější čistírna, pokud není provozována bude nakonec horší, než svědomitě provozovaná jednoduchá čistírna.
Prioritou legislativy by tedy mělo být, najít model provozování takový, aby byla zajištěna funkčnost a to hned ze dvou důvodů. Jednak aby čistírny fungoval,y a jednak k tomu, aby začaly být brány jako důstojná alternativa pro řešení celých oblastí pomocí tzv. decentrálních řešení.
Domovní čistírny s membránami Úvod Membránové technologie obvykle ve spojení s aktivací (MBR) se pomalu stávají technologií, se kterou se počítá nejen pro použití v extrémních podmínkách, ale i pro použití tam, kde dříve byly preferovány jen klasické biologické čistírny. Hlavní příčinou je to, že v posledních létech několikanásobně klesla cena membrán a zároveň se podařilo prodloužit několikanásobně jejich životnost, a tak pomalu mizí i poslední racionální překážka pro její masové rozšíření a sice vysoká cena. Uvedené skutečnosti dokazují i statistiky prodaných kusů např. v Německu, kde se počty pohybují v desítkách prodaných kusů. Dokonce se dá z vývoje předpokládat, že použití MBR může v budoucnu vést ke globalizaci prodeje např. domovních čistíren. Princip ČOV s membránami Princip této technologie je v tom, že dobře biologicky vyčištěná voda je filtrována přes membránu, která zabrání průchodu nerozpuštěných látek. Důležité je při tom si uvědomit, že rozpuštěné látky membránou procházejí, to znamená, že membrána nezachytí rozpuštěné organické látky - tj. není všemocná a nezachytí se na ní např. dusičnany, dusitany atd., a dokonce naopak, pokud voda obsahuje větší množství rozpuštěných organických látek, vede to k zarůstání membrán a zkracování doby mezi regenerací membrán. Platí tedy, že předpokladem dobře fungující ČOV s membránami je dobře fungující biologie. Na druhé straně to, že rozpuštěné látky membránou procházení znamená to, že nedochází k nějakému dramatickému zvyšování solnosti v procesu. POZOR! Nezaměňovat mikrofiltraci s mikrosíty, které se používají jako další separační stupeň v klasických biologických čistírnách za dosazovací nádrže. Velikost pórů u mikrosíta je 0,04 mm, tj. póry jsou tisíckrát větší, než u membrán obvykle používaných při "mikrofiltraci", respektive ultrafiltraci. Vliv membránové separace kalu na technologickou linku
Membránový separační systém může být do technologické linky komunální ČOV zařazený následovně: • za konvenční dosazovací nádrží, kde slouží jako terciární dočištění odtoku z ČOV, • za aktivační nádrží, kde aktivační směs je do modulů přečerpávaná z aktivace (cross-flow systémy), • ponořený přímo do aktivační nádrže, tj. jako nízko energetický podtlakový systémy nejčastější řešení, • ponořený v aktivační směsi za aktivační nádrží, jako nízko energetický podtlakový systém umístěný v samostatném kontejneru nebo nádrži mimo aktivační nádrž. Na obrázku č. 1 je porovnání technologické linky konvenční ČOV a ČOV s membránovou separací kalu (dále jen ČOV-MS).
Obrázek č. 1 - Porovnání technologické linky konvenční ČOV a ČOV-MS
Ukazatele a hodnoty na odtoku Hlavní výhodou membránových procesů jsou dosahované nízké odtokové koncentrace viz tabulka č. 2. Parametr
CHSK BSK5 NL NH4-N Pc* Zákal celk. kolif. bakt. Salmonella E.c. mg.l-1 mg.l-1 mg.l-1 mg.l-1 mg.l-1 NTU Cfu/100 ml cfu/100ml cfu/100 ml
Hodnota
< 25
<5
<1
<1
< 0,3
< 0,4 < 250
0
< 40
Tabulka č. 2 : Typické parametry vyčištěné vody z ČOV s mikrofiltrací *simultánní srážení fosforu Prakticky nulové koncentrace NL v odtoku ČOV umožňují přímou úpravu této vody, pomocí dalšího stupně (RO, aktivní uhlí a pod.) až na pitnou vodu. Tento způsob se však praktikuje především v některých krajinách trpících nedostatkem pitné vody (JAR, Izrael), ale i v Evropě se již vyskytují první vlaštovky. Přičemž výstupní hodnoty po MBR umožňují díky tomu, že ultrafiltrace zároveň i zachycením bakterií vodu hygienicky zabezpečí, použití vody na koupání, mytí aut, zalévání atd. Známé jsou reklamní slogany typu "Co děláte s odpadní vodou? My se v ní koupeme". A také pravdou je, že tato voda je co do ukazatelů znečištění srovnatelná s vodou dešťovou. A tak míchání s vodou dešťovou a použití na praní, koupání, zalévání je již standardem.
Nutrienty Jak vyplývá z předchozího, je odstraňování nutrietů (rozpuštěného dusíku a fosforu) spojeno spíše s uspořádáním biologické části, než se samotnou ultrafiltrací. Tj. pokud má být zajištěno i odstraňování dusíku je třeba, aby čistírna dobře nitrifikovala i denitrifikovala a v případě požadavku na odstranění fosforu, je třeba zajistit buď srážení fosforu chemicky nebo např. elektrochemicky. Ke snižování obsahu nutrietů ve vypouštěných nebo recyklovaných vodách může významně přispět použití tzv. systému DESART, tj. systému, ve kterém je v pisoárech i klosetech separována moč a odváděna do samostatné nádrže, ve které je pak skladována, dále je s ní zacházeno mimo čistící linku. V moči je totiž podstatná část nutrietů produkovaná člověkem. A pokud jsou na praní používány bezfosfátové prací prostředky, lze i bez použití speciálních technologií na odstranění nutrietů zajistit jejich nízkou koncentraci na odtoku. Provozní a investiční náklady Doby, kdy hlavní překážkou pro použití ultrafiltrace byla cena zařízení jsou pryč. Orientačně lze u domovních čistíren s membránami uvažovat s cenou odpovídající asi 9000 Kč/EO, což je asi 2x více než u klasických čistíren. Při zvažování, kterou technologii použít, však hraje podstatnou roli ten fakt, že voda po ultrafiltraci je využitelná např. i pro koupání, praní apod. Tj. lze ji i několikrát použít. Nezanedbatelné je také to, že v oblastech, kde lze celoročně zavlažovat, tato čistírna nemusí být napojena na kanalizaci, což představuje další velkou investiční úsporu. Tj. při ceně kanalizace např. 3000 Kč/m se již při délce kanalizace 15 m náklady na investici pro domovní čistírnu vyrovnávají. Co se týká provozních nákladů tj. spotřeby energie, údržby, regenerace membrán, amortizace membrán, pak lze počítat s náklady kolem 500 Kč/rok/EO. To znamená, že pro klasickou domovní čistírnu je nutno uvažovat s náklady kolem 3000 Kč/rok. Což není zas tak mnoho, když si uvědomíme, že v ceně je vlastně i dozor nad čistírnou, tj. pravidelná kontrola zařízení při výměně membrán. Provozování čistíren s MBR Dle provozních zkušeností je třeba pravidelně provádět regeneraci membrán. U domovních čistíren se na základě dnešních zkušeností předpokládá, že regenerace membrán bude prováděna výměnným způsobem, a to 1-2x za rok. Toto řešení bude mít zároveň i jednu velkou výhodu v tom, že při regeneraci membrány bude možno zkontrolovat i funkci čistírny, proces odkalování čistírny, funkci provzdušňovacího systému. Mělo by se tak zabránit tomu, aby čistírna byla dlouhodobě nefunkční. Uplatnění čistíren s MBR Tato technologie má své místo všude tam, kde lze vodu recyklovat nebo alespoň několikanásobně použít. Voda vyčištěná na biologické čistírně s membránami je zbavena bakterií tj. je hygienicky v pořádku, a lze ji použít stejně jako např. vodu dešťovou tj. na praní, koupání, mytí automobilů, zálivku atd. V Česku je zatím minimum realizací, ale např. zaoceánské lodě, nebo lodě na Dunaji v Budapešti jsou touto technologií vybaveny. Tuto technologii využívá stále více hotelů v oblasti středozemí s tím, že voda je využívána na zálivku a uspoří se tak přinejmenším náklady na odkanalizování. V našich podmínkách lze tuto technologii využít k řešení problematiky odpadních vod z horských chat tam, kde je připojení na kanalizaci nereálné a kde zasakování nebude legislativně možné. Je totiž možné vodu několikanásobně recyklovat a zmenšit tak podstatně objemy akumulačních jímek. Případně by šlo takto vyčištěnou vodu použít například i k výrobě sněhu. V zahraničí např. v Japonsku, Austrálii je tato technologie předepisována jako řešení v oblasti zásobování vodou a odvádění odpadních vod u hotelů a administrativních budov. Některé velké
hotely musí být již povinně vybaveny recyklací vody. V Německu se membrány používají tam, kde se voda vypouští např. přímo do vod, kde se uvažuje s koupáním, nebo když se budou vyčištěné vody vypouštět do vod podzemních a je proto důvod požadovat zvláště nízké hodnoty. Ve světě je již i řada biologických čistíren s membránami i pro velké aglomerace. Snad nejznámější je řešení olympijské vesnice v Sydney, kde je odpadní voda čištěna v centrální ČOV s ultrafiltrací a vracena do sítě k použití. Tj. ve městě jsou dva rozvody vody, barevně odlišené, pitná voda a užitková voda a cenovou politikou je spotřeba usměrňována tak, aby byl zájem využívat recyklovanou vodu. Díky tomu se dnes dodává do systému podstatně méně pitné vody než vody užitkové a výsledkem je, že do moře se vypouští jen asi jedno procento použitých vod. Legislativa Zdá se, že největší problém pro použití technologií s membránami bude problém legislativní. Legislativa bude odpovídat zastaralému stavu techniky. I voda vyčištěná na úroveň dešťové vody bude stále vodou odpadní a tak bude jedno, jestli se pak použije mikrofiltrace v kombinaci s aktivací, nebo jiná konstrukce čistírny, která bude samozřejmě levnější. A pokud tedy nebude umožněno využít největší výhodu systémů s mikrofiltrací tj. vysoký stupeň vyčištění v případech, které se přímo nabízejí - vypouštění do dešťové kanalizace, zasakování a využití spolu s dešťovými vodami apod., zůstane pro jejich použití jen oblast recyklace např. v již zmiňovaných horských chatách. Byla by škoda, aby namísto účinného systému certifikace čistíren a na něj navazujícího systému povolování a kontroly provozu byla zpochybňována funkce čistíren a namísto ekonomických a v tomto případě i vysoce ekologických řešení, by jsme se vrátili do vodohospodářského středověku tj. do doby tzv. "nepropustných" jímek na skladování. Kdy je legislativně sice všechno v pořádku, ale všichni tolerují to, že se z jímek několik roků vlastně nic nevyváží.
Závěr Je jen otázkou času, kdy se membrány prosadí i v České republice. Je zřejmé, že to bude souviset s několika aspekty. S cenou vody, s legislativou a s tím, jak bude celkově nahlíženo na decentralizované systémy. Pokud však bude snaha přistupovat ke zhodnocení ekonomiky jednotlivých systémů objektivně a pokud nebudou úmyslně vytvořeny legislativní překážky, pak můžeme počítat s tím, že MBR si najde svoje místo i při řešení běžných problémů s odpadními vodami a masové použití nedá na sebe dlouho čekat.
Obr. - Moduly pro ultrafiltraci
