Průmyslové a městské kořenové čistírny

Úvod do problematiky

Irák

Tato studie řeší možnosti dostupných technologií v oblasti čištění odpadních vod a jejich vhodnost pro urbanistitcké celky o velikostech od 20 tis. - 100 tis. obyvatel na území Iráku. Varianty jsou vypracovány s ohledem na několik důležitých faktorů. Prvním faktorem je velikost předmětného urbanizovaného celku. Druhým faktorem jsou pořizovací a provozní náklady, které jsou přímo vztahovány ke způsobu nakládání s přečištěnou odpadní vodou. Dílčími faktory pro hodnocení vhodného způsobu čištění odpadních vod jsou morfologie předmětné oblasti, klimatické a hydrologické možnosti lokality a další.  

 

 

Odvádění odpadních vod

Stokové soutavy

Výběr typu vhodné stokové soustavy závisí na možnostech a požadavcích dané lokality. Přesnější cenové propočty vztažené na bm potrubí veřejné kanalizace nelze udělat bez znalosti předmětné lokality. Cenu kanalizačního potrubí určuje DN, druh materiálu, situování potrubí v uličním profilu, hloubka uložení atd. Orientačně lze určit pro města od 20tis. - 100tis. obyvatel rozmezí 6000 - 30 000,-Kč / bm potrubí.

Jednotná stoková soustava

Tento způsob je využíván ve většině velkých urbanizováných sídel v ČR. Jednotná stoková soustava dopravuje veškeré odpadní vody společnou trubní sítí na ČOV. Tento způsob je ekonomicky a technicky nejjednodušší, což upřednostňovalo rozvoj tohoto způsobu odvádění odpadních vod. Její velkou nevýhodou je předimenzování trubní sítě kvůli dešťovým průtokům a nutnost výstavby odlehčovacích komor. Dále občas způsobuje přetížení ČOV, ředění čištěné odpadní vody a v neposlední řadě i ekologická a hygienická rizika. Možnou varintou nápravy je vybudování záchytných dešťových nádrží a jejich následné čerpání na ČOV v bezdeštných obdobích, nebo jejich dočištění na vegetačních ČOV.

Oddílná stoková soustava

Tento způsob odvádí různé druhy odpadních vod samostatnými trasami stokové sítě. Nejčastěji odvádí zvlášť splaškové odpadní vody a dešťové vody. Výhodou je stálé koncentrační i průtokové zátížení ČOV a menší dimenze potrubí. Nevýhodou jsou z ekonomického hlediska vysoké pořizovací náklady. Z ekologického hlediska je nebezpečné vypouštět dnes již znečištěné dešťové vody přímo do recipientu, neboť povrchový splach může být v dnešní době znečištěn nebezpečnými látkami. Proto se pořizovací náklady opět navýší o vyřešení způsobu čištění dešťových vod na vegetačních ČOV.

Modifikovaná stoková soustava

Vzniká například kombinací jednotné a oddílné stokové sítě, kdy trubní vedení splaškové kanalizace je vedeno hluboko pod terénem a trubní vedení dešťové kanalizace je vedeno mělce. Za deště je v počátku dotoku část dešťového průtoku odváděna do splaškové kanalizace. Po zahlcení šachtových odtoků je ostatní dešťová voda odváděna přímo do recipientu. Výhodou je, že nejvíce znečištěné vody z oplachu jsou na začátku deště a jsou odváděny na ČOV. Přebytečná voda po opláchnutí povrchu již není tolik znečištěná.

Další variantou je svedení pouze dešťových vod z vybraných ploch, které mohou být znečištěny různými nebezpečnými látkami.

Způsoby dopravy odpadních vod

Gravitační odvádění odpadních vod

Je to tradiční způsob dopravy odpadních vod, který je nejvýhodnější díky své provozní a technické nenáročnosti. Snaha je z co nejvíce míst odvádět odpadní vodu gravitačně, neboť pokud zapojíme do systému různá dodatečná přečerpávání, narostou výrazně náklady provozní i pořizovací.

Systémy gravitáčních stokových sítí

Větevný systém
se navrhuje v členitém území s nepravidelnou zástavbou. Stoky se vedou nejkratším směrem do hlavní kmenové stoky, která prochází nejnižším místem odvodňovaného území a ústí do ČOV.

Radiální systém bývá aplikován při odvodňování uzavřených kotlin bez přímého spojení k recipientu. Voda se stahuje stokovou sítí do nejnižšího území a z toho místa je přečerpávána přes rozvodí nebo odváděna štolou samospádem do ČOV.
Úchytný systém se navrhuje v plochých říčních údolích s mírným sklonem odvodňovaného území k vodnímu toku.  Kmenová stoka je vedena podél vodního toku a do ní ústí sběrače vedené napříč údolím. Na kmenové stoce jsou umístěny odlehčovací komory, aby se snížily náklady na výstavbu kmenové stoky.

Pásmový systém se navrhuje při odvodňování rozsáhlejších území s většími výškovými rozdíly. Stoková síť je rozčleněna na několik výškových pásem, v rámci kterých může být jakékoli uspořádání sítě.

Tlakové odvádění odpadních vod

Tlakové odkanalizování je založeno na principu přetlaku uvnitř větvené či okruhové trubní dopravní sítě. Dopravované splašky do systému dodávají vnitřní přetlak a vnitřní přetlak (běžný provozní pracovní přetlak cca. 20 – 50 m v.sl.) vyvozují čerpadla umístěná v čerpacích stanicích (dále jen „domovní čerpací jímka“ – DČJ). DČJ jsou umístěny v blízkosti odvodňovaného či odvodňovaných objektů. Z majetko-právních důvodů je optimální, jestliže každá nemovitost vlastní svoji DČJ na přístupné části soukromého pozemku. Vhodné je také napojení čerpadla v DČJ na elektrickou energii přes samostatné měřidlo spotřeby. Přítok odpadních vod do DČJ z odvodňovaného objektu domovní kanalizací a domovní přípojkou je „gravitační“
Systém se doporučuje pro plochá či mírně zvlněná území. Čerpání „z kopce“, či „přes kopec“ se nedoporučuje. Důvodem jsou možné poruchy stability tlakového režimu v síti. Tlaková kanalizace se považuje za vhodné řešení pro území do cca 15 000 připojených obyvatel.

Podtlakové odvádění odpadních vod

Transport odpadní vody neprobíhá klasicky jako uzavřený vodní sloupec, ale jako transport po jednotlivých dávkách o rychlostech 6-8 m/s bez ohledu na spád potrubí. Porci tvoří směs kapek unášených proudícím vzduchem ve směru většího podtlaku. Sací tlak o hodnotě 0,6-0,7 baru oproti atmosférickému tlaku je trvale udržován v podtlakových nádobách podtlakové stanice. Tento podtlak působí prostřednictvím potrubí na speciální sací ventil osazený ve sběrné šachtě. Po otevření sacího ventilu se nasává odpadní voda a vzduch do potrubního systému a společně proudí k podtlakové stanici do podtlakových nádob. Z těchto je pak odpadní voda čerpána konvenčními čerpadly na ČOV.

Čištění odpadních vod

Čistírny odpadních vod

V dnešní době si lze vybrat z nejrůznějších technologií čištění odpadních vod, které lze efektivně navrhovat dle specifických požadavků na jakost vypouštěných přečištěných odpadních vod. Jako tři hlavní způsoby nakládání s vodami uvažujeme vypouštění do recipientu, využití pro závlahy a využití jako užitkovou vodu pro nejrůznější účely. Pro každou z uvažovaných variant je vhodná s ohledem na další limitující faktory jiná technologie. Je nutno říci, že ČOV a jejich technologie pro urbanizované celky o velikostech nad 10 000 obyvatel se řeší pouze individuálně a proto následující údaje mohou sloužit pouze jako orientační hodnoty pro lepší orientaci v dané problematice.

Požadovaná jakost na odtoku z ČOV pro kategorii 10 001 – 100 000 EO, dle nv.229/2007 Sb v ČR.

BSK5…20 mg/l („p“) - 40 mg/l („m“)

CHSKcr…90 mg/l („p“) - 130 mg/l („m“)

NL…25 mg/l („p“) - 50 mg/l („m“) 

Ncelk…15 mg/l („p“) - 30 mg/l („m“)

P…2 mg/l („p“) - 6 mg/l („m“)  

Pořizovací náklady dle metodického pro orientační ukazatele výpočtu pořizovací (aktualizované) ceny objektů do Vybraných údajů majetkové evidence vodovodů a kanalizací, pro Plány rozvoje vodovodů a kanalizací a pro Plány financování obnovy vodovodů a kanalizací.

20 tis.–40tis. EO…7.400–8.000 Kč/EO
40 tis.–60 tis. EO…7.400–7.000 Kč/EO
60 tis.–100 tis. EO…7.000–6400,-Kč/EO

Poznámka
Tyto ceny určují kompletní dodávku stavby a obecné technologie. Nejmodernější dostupné technologie již umožňují snížení cen pořizovacích i provozních nákladů.

Přírodní způsoby čištění odpadních vod

Přírodní způsoby čištění odpadních vod jsou nejčastěji zastupovány vegetačními čistírnami s horizontálním a vertikálním průtokem, zemními filtry a biologickými nádržemi. Vhodnou kombinací těchto přirozených systémů lze docílit požadované účinnosti čištění odpadních vod. Přírodní způsoby čištění se využívají převážně pro menší zdroje znečištění cca do 10 000EO s ohledem na velký zábor plochy potřebné pro přirozený přírodní proces. Pokud ovšem není se záborem plochy žádný problém, lze pomocí přírodních způsobů čištění dosáhnout požadované úrovně čištění i pro urbanizované
celky větší. V dané lokalitě lze orientačně uvažovat požadovanou účinnou čistící plochu 3 - 4m2/EO. Takto vyčištěnou vodu je vhodné využít pro přímé vypouštění do recipientu, nebo jako závlahovou.

KČOV Súdán o ploše 24 ha

Čištění odpadní vody v kořenové čistírně probíhá nejprve formou mechanického předčištění, odstranění pevných nečistot a anaerobní předčištění v usazovací nebo štěrbinové nádrži a následného dočištění v horizontálních a vertikálních kořenových filtrech. Vlastní kořenový filtr tvoří nepropustné nádrže vyplněné praným drceným kamenivem o hloubce HKF(horizontální kořenový filtr) 0,6-0,8m a VKF(vertikální kořenový filtr) 1,2-1,6m, kterými velmi pomalu protéká znečištěná voda. V kamenivu jsou přímo zasázeny mokřadní rostliny, jejichž přirozené procesy zajišťují stabilnější a pestřejší prostředí pro čištění vody společně s přisedlou biomasou na pevném nosiči, který tvoří náplň kořenového filtru.

Jedná se v podstatě o umělý mokřad, kde v součinnosti probíhá několik přirozených procesů: fyzikálních, biologických a chemických, na jejichž konci dochází k vyčištění odpadní vody do požadované jakosti.

Koncepce čistírny je provozně velmi jednoduchá, čistící funkce funguje přirozeně a soběstačně, role člověka je v ní nutná, ale minimální. Provoz spočívá v čištění trubních vedení a objektů a v odstraňování suchých rostlin v zimním období.

Kořenové čistírny lze využít pro nejrůznější způsoby čištění odpadních vod - z obcí, individuálních objektů, nemocnic, některých průmyslových odvětví, skládek, dešťových vod, bazénů a koupališť atd.

Vzhledem ke klimatickému charakteru řešené lokality bude konstrukce KČOV cca poloviční oproti konstrukcím v našich podmínkách. Možnost snížení účinné plochy a účinného objemu výrazně sníží pořizovací náklady a zvýši možnost využití tohoto přirozeného způsobu čištění.

Průměrné emisní hodnoty navrhované KČOV (lze upravit dle požadavků)                      
BSK5…10–20 mg/l

CHSKcr…80–100 mg/l

NL…10–20 mg/l

Ncelk…do 15 mg/l

P…do 2 mg/l

Výhody
- nejnižší provozní náklady
- velmi nízká (až žádná) spotřeba el.energie
- převážně manuální a jednoduchá údržba
- vhodné i pro velmi nízké koncentrace znečištění
- vytvoří rozsáhlý biotop a upraví místní klimatické podmínky
- tvoří estetický přírodní krajinný prvek
- zisk značného množství kvalitní biomasy pro zemědělské účely

Nevýhody
- potřeba velké plochy pro konstrukci KČOV
- velký objem zemních prací
- potřeba velkého objemu kameniva

Orientační cenový propočet

Pořizovací náklady
20 tis.–100 tis. EO…6–12 tis. Kč/EO

Provozní náklady
20 tis.–40 tis. EO…6–10 Kč/EO (prům. 1,5 mil. m3/rok = 16 mil. Kč/rok)
40 tis.–60 tis. EO…6–10 Kč/EO (prům. 3,0 mil. m3/rok = 22 mil. Kč/rok)
60 tis.–100 tis. EO…6–10 Kč/EO (prům. 4,5 mil. m3/rok = 27 mil. Kč/rok)

Aktivační technologie čištění odpadních vod

Aktivace je dnes nejpoužívanějším způsobem biologického čištění odpadních vod. Princip biologického čištění spočívá ve vytvoření aktivovaného kalu v provzdušňované aktivační nádrži. Surová nebo odsazená odpadní voda přitéká do aktivační nádrže, ve které se mísí s recirkulovaným kalem. Směs se intenzivně provzdušňuje tlakovým vzduchem nebo mechanickými aerátory. Recirkulací se dosahuje vyšší koncentrace biomasy v biologickém reaktoru. Po projití směsi aktivační nádrží se aktivovaný kal separuje od vyčištěné vody v separační nádrži (tzv. dosazovací nádrži). Zahuštěný aktivovaný kal se recirkuluje zpět na začátek aktivační nádrže. Odstraňování nerozpuštěných a rozpuštěných organických látek má za následek kontinuální tvorbu nové biomasy, která se ze systému musí periodicky odstraňovat ve formě přebytečného aktivovaného kalu.

Příklad aktivační ČOV

Průměrné emisní hodnoty navrhované aktivační technologie:

BSK5…do 10 mg/l

CHSKcr…do 80 mg/l

NL…do 10 mg/l

Ncelk…do 15 mg/l

P…do 2 mg/l

Výhody
- nejběžnější technologie

Nevýhody
- opotřebení strojního zařízení
- spotřeba el.energie
- větší prostorové nároky oproti moderním technoloiím

Orientační cenový propočet

Pořizovací náklady
20 tis.–100 tis. EO…5–10 tis. Kč/EO

Provozní náklady
20 tis.–40 tis. EO…20–25 Kč/EO (prům. 1,5 mil. m3/rok = cca 37 mil. Kč/rok)
40 tis.–60 tis. EO…20–25 Kč/EO (prům. 3,0 mil. m3/rok = 67 mil. Kč/rok)
60 tis.–100 tis. EO…20–25 Kč/EO (prům. 4,5 mil. m3/rok = 90 mil. Kč/rok)

USBF–Technologie čištění odpadních vod

Technologie USBF představuje původní Československou inovaci nejvyššího řádu. Základním inovačním prvkem technologie USBF je nahrazení principu prosté sedimentace novým principem fluidní filtrace. Vzhledem ke změně principu separace jde o nejvyšší 7. řád inovace a jako taková má i odpovídající inovační rádius. Tato technologie umožňuje realizaci koncepce decentralizovaného čištění odpadních vod, významně zkrátit dlouhé kanalizační stoky a uspořit tak více než polovinu nákladů nutných na pořízení centralizované čističky s kanalizací. Jednoduchost obsluhy plynoucí z účelnosti technologie USBF, minimální množství pohyblivých částí, autoregulační proces a především velmi malá produkce aerobně stabilizovaného přebytečného kalu výrazně snižuje provozní náklady.

Technologii USBF je možné užít pro čištění komunálních i průmyslových odpadních vod, vod z potravinářské výroby, zemědělství, dále pro úpravny vody chemické aplikace čištění. Tato technologie není omezena množstvím odpadní vody, pokrývá kapacity od jednotek ekvivalentních obyvatel až po největší komunální a průmyslové čistírny a úpravny vod - řádově s kapacitu miliónů ekvivalentních obyvatel.

Základem biologického stupně je biologický reaktor USBF navržený v jedné ze dvou samostatně provozuschopných linek. Tento reaktor sdružuje všechny procesy biologického čištění vody, včetně separace aktivovaného kalu. Separační prostory využívají k separaci fluidní filtraci a jsou vloženy do aktivačního prostoru, který je rozdělen na jednotlivé sekce vzájemně propojené do uzavřeného cirkulačního okruhu. Provoz čistírny s fluidním filtrem je jednoduchý a autoregulační.

Proces čištění probíhá v jedné nádrži (bioreaktoru) kde jsou umístěny všechny rozhodující fáze čištění, to je anoxidní zóna, zóna nitrifikace a zóna separace. Pro proces čištění lze využít jakoukoliv nádrž bez ohledu na její tvar a rozměry. Technologie pracuje s vysokou koncentrací aktivovaného kalu, jehož množství výrazně ovlivňuje účinnost čištění.

Proces separace kalu a nahrazení principu separace je dalším inovačním prvkem technologie USBF. Technologie využívá efektu (kalového) vločkového mraku - fluidního filtru k oddělení suspenze biologického aktivovaného kalu od vyčištěné vody. Tím došlo k nahrazení klasického principu prosté sedimentace novým principem fluidní filtrace, který umožňuje souběžný proces separace a aktivace kalu v jediné nádrži a tedy dosažení investiční a prostorové úspory, nižší náklady na projektovou dokumentaci, transport a instalaci čistírny, jednodušší vnitřní vybavení čistíren, jednodušší obsluhu a nižší náklady na provoz.Schéma čistícího procesu

Popis čistícího procesu
Odpadní vody přitékají do vyrovnávací jímky osazené splaškovými čerpadly. Mechanicky předčištěná odpadní voda je čerpána do neprovzdušňované anoxické denitrifikačni zóny biologického reaktoru (A), kde dochází k okamžitému smíchání s oživeným biologickým kalem ze dna poslední separační sekce (C).

Z denitrifikační části proudí odpadní voda s aktivovaným kalem do části provzdušňované - nitrifikační (B), kde denitrifikací začíná biologický proces čistění vody.

Z nitrifikační části aktivační směs proudí do prostoru separace (C) štěrbinou ve spodní části. Odpadní voda zde přechází přes filtrační kalový mrak směrem k hladině do odtoku. Dochází tak k zachycení jemně suspendovaných látek do vloček, které potom padají do spodní části prostoru. Kalový mrak tak zachytí prakticky veškerou suspenzi aktivovaného kalu. Vyčištěná odpadní voda odtéká po oddělení aktivovaného kalu ve vločkovém mraku žlaby na hladině (D).

Ze spodní, zúžené části separace odsává recirkulační mamutkové čerpadlo odseparovaný kal a přečerpává ho do denitrifikační části reaktoru. Tento proces je nepřetržitý. Odbourané znečištění ve formě vyprodukovaného přebytečného kalu se z procesu čištění odstraňuje periodickým odčerpáním kalové směsi z nitrifikační zóny.

Průměrné emisní hodnoty navrhované ČOV s USBF technologií
BSK5…do 10 mg/l

CHSKcr….do 80 mg/l

NL…do 10 mg/l

Ncelk…do 15 mg/l

P…do 2 mg/l

Výhody
- nižší provozní náklady
- menší prostorové nároky
- možnost libovolného tvaru a uspořádání konstrukcí
- celý čistící proces lze intenzifikovat bez navýšení účinné plochy

Nevýhody
- opotřebení strojního zařízení
- spotřeba el.energie

Orientační cenový propočet

Pořizovací náklady
20 tis.–100 tis. EO…4–6 tis. Kč/EO

Provozní náklady
20 tis.–40 tis. EO…17–20 Kč/EO (prům. 1,5 mil.m3/rok = cca 30 mil. Kč/rok)
40 tis.–60 tis. EO…17–20 Kč/EO (prům. 3,0 mil.m3/rok = cca 55mil. Kč/rok)
60 tis.–100 tis. EO…17–20 Kč/EO (prům. 4,5 mil.m3/rok = cca 76mil. Kč/rok)

MBR–membránová technologie čištění odpadnch vod

Membránová technologie představuje kompletní technologii (oddílná kanalizace), nebo kombinaci konvenčního aktivačního procesu (jednotná kanalizace) a velmi účinné separace pevné (aktivovaný kal) a tekuté fáze (vyčištěná odpadní voda). Mechanicky předčištěná odpadní voda je provzdušňována, biologicky čištěna a posléze pomocí membrán zbavena všech pevných látek, které mají větší velikost než je velikost pórů membrán 0.000035 mm. Do filtrátu (permeát) tak proniknou z filtrovaného média jen částice, které mají rozměr menší než je průměr pórů. Jedná se o filtraci na přepážce s prvky filtrace objemové. Za účelem strukturálního překonání problémů konvenčních systémů využívají moderní systémy membránových bioreaktorů (MBR) membránovou filtraci kvůli nahrazení dodatečné usazovací nádrže. S používáním tohoto systému je zadržení mikroorganizmů v systému 100 %. Proto je oddělování aktivovaného kalu z vyčištěné vody dokonalé a vede ke křišťálově čistému odtoku (výtoku), blížícímu se srovnáním téměř k pitné vodě. MBR se využívají na obecní a městské komunální vody ze zpracování masa, zeleniny, ovoce, mléka, vody, z nápojů a konzerváren, zpracování brambor, škrobáren, chovu zvířat, drůbežáren, jatek, zpracování a chovu ryb, chemického průmyslu z výroby organických látek, papírenského a kožedělného průmyslu a průmyslové vody biologicky čistitelné.

Membránová separace–ČOV 10 000 EO

Průměrné emisní hodnoty navrhované ČOV s MBR technologií
BSK5 …do 5 mg/l

CHSKcr…do 50 mg/l

NL…do 1 mg/l

Ncelk…do 15 mg/l

P…do 2 mg/l

Výhody
- nejsou zapotřebí dosazovací nádrž, kalojem
- výrazně menší prostorové nároky
- nejvyšší kvalita vyčištěné vody
- nízké stavební náklady
- zvládají velmi vysoké koncentrace znečištění
- koncentrace NL na odtoku do 0,5mg/l
- voda lze přímo využít jako užitková

Nevýhody
- vyšší náklady na technologické zařízení
- vyšší nároky na odbornost obsluhy
- výměna membrán po cca 10 letech
- vyšší provozní náklady

Orientační cenový propočet

Pořizovací náklady
20 tis.–100 tis. EO…4–6 tis. Kč/EO

Provozní náklady
20 tis.–40 tis. EO…20–30 Kč/EO (prům. 1,5 mil. m3/rok = 45 mil. Kč/rok)
40 tis.–60 tis. EO…20–30 Kč/EO (prům. 3,0 mil. m3/rok = 75 mil. Kč/rok)
60 tis.–100 tis. EO…20–30 Kč/EO (prům. 4,5 mil. m3/rok = 90 mil. Kč/rok)

   
   

Závěr a vyhodnocení variant

Tabulka orientačních údajů

 

 

 

 

Druh stavby

Vhodná aplikace

Pořizovací náklady (tis.Kč/EO)

Provozní náklady (Kč/1m3)

Roční provozní  náklady na ČOV při 20tis.EO až 100tis.EO (mil.Kč/rok)

KČOV

OR, OZ

 6-12

 6-12

16-27

AKTIVACE

OR, OZ

 5-10

20-25

37-90

USBF

OR, OZ

4-6

17-20

30-76

MBR

OR, OZ, OUV

4-6

20-30

45-90

Legenda
KČOV – všechny přírodní způsoby čištění
OR – odtok do recipientu
OUV – odtok jako užitková voda
OZ – odtok jako závlaha

Studie byla vypracována pro možnost vhodného výběru dostupných technologií ČOV v závislosti na ekonomických parametrech a požadavcích na nakládání s odpadní vodou.

Veškeré zde zvolené nejmodernější dostupné technologie je možné uzpůsobit dle specifických podmínek a požadavků. Za určitých specifických podmínek mohou být zde uvedené orientační cenové meze překročeny oběma směry. Pro vhodný výběr jedné z technologií ČOV je nutné vypracování podrobné studie předmětné lokality, která specifikuje její možnosti a požadavky na jakost vypouštěných odpadních vod.  

Objednatel–Jiran Kohout architekti s.r.o.
Jankovcova 53, 170 00 Praha 7
Tel: +420 234 602 708 - 10
Fax: +420 234 602 711
www.jkarch.cz
agler@jkarch.cz        

Dodavatel–JAMIprojekt